Biyomimetik: doğanın öğretmenliği

14.09.2019 20:29 GÜNCEL
Biyoesinlenme ya da biyomimetik, doğanın bize çok şey öğreteceğini ve yeryüzünden kaybolan her canlı ile beraber, çok değerli bilgilerin de yok olmaya yüz tuttuğunu anlatıyor.

DOÇ. DR. ÇAĞHAN KIZIL

1941 yılının Ağustos ayında, İsviçreli mühendis George de Mestral, köpeği ile Alplerde ava çıkar. Bu gezinti bir çileye dönüşür. Çünkü durmadan, de Mestral’ın köpeğinin ve kendi kıyafetlerinin üzerine uçuşan küçük maddeler yapışmaktadır. de Mestral geziyi erken bitirir ve evine döner. Bu maddelerin ne olduğunu merak edip, köpeğinin tüyleri arasından bunları toplar. Mikroskop altında baktığında, sorun yaratanın yüzeylerinde yan yana dizilmiş binlerce çengel şeklinde yapı olan tohumlar olduğunu keşfeder. de Mestral, bu tohumların yün veya saç üzerindeki yuvarlak yapılara bağlanıp sanki bir kancanın ilmeğe geçmesi gibi sağlam bir yapı oluşturduğunu bulur. Tohumlar, yünden elle çok zor ayrılmaktadır. Ancak belli bir doğrultuda ince bir tarakla hafifçe itilirse kolayca kendilerini bağlandıkları yerden ayırabilmektedirler. İsviçreli elektrik mühendisi, bu tohumların nasıl bu kadar etkili yapıştığını ancak belli bir doğrultuda itildiklerinde hemen ayrılabildiklerini merak eder. Hem çok kuvvetli bağlanma hem de çok kolay ayrılma mekanizmasını anlayabilirse, belki bunu tekstil alanında kullanabilirim diye düşünür. Fikrine destek bulamaz.

Çeşitli metodlarla tohumlar üzerinde gördüğü kanca yapılarını plastik ve naylon maddeler kullarak oluşturmaya çalışır. Sentetik maddeler kullanarak ilmek yapılarını rahatlıkla oluşturabilmekte ancak kancaları yapamamaktadır. İlmekleri çeşitli metodlarla (kâğıt makası, ısı, ışık) kancalara dönüştürmeye çalışır ama başaramaz. Bir gün, bir saç makası ile oluşturduğu naylon ilmekleri keser. Bir tarafında diğer tarafından daha geniş boşluklar olan saç makası, naylon ilmeklerin bazılarını keserken bazılarını kesmemekte, böylece ilmek ve kancaları oluşturmaktadır. Bu metodu nasıl mekanize edebileceği ve bir fabrika üretimi yapabileceği üzerine toplam 10 sene çalışır.

DOĞADAN ESİNLENMENİN EN İYİ ÖRNEKLERİNDEN

1951’de patent için başvurur ve 1955’te patenti kabul olur. Bu teknolojiyi ilk kullananlardan biri NASA’dır. Astronotların giysilerine girip çıkmalarını sağlayacak ve pratik bir açma kapama metodu olarak de Mestral’ın teknolojisi tekstil alanında bir çığır açar. Sonraki yıllarda bu tekstil aksesuarından 60 bin kilometre uzunluğunda (ekvatorun uzunluğunun neredeyse 1,5 katı) satmayı başarır. Cırt cırt dediğimiz teknolojinin yaşamımıza girmesi bu şekilde gerçekleşir. Bu teknoloji, doğadan esinlenerek bir mühendislik ürünü yaratma (biyoesinlenme ya da biyomimetik) hikâyelerinin en güzel örneklerinden biridir. Biyoesinlenme, özellikle 1990’lardan sonra bilimsel araştırmalarda öncelik verilen bir alan haline gelmiştir. Binlerce bilim insanı, doğanın işleyişinin nasıl bu kadar etkili ve verimli olduğunu, doğada bulunan maddelerin nasıl işlevlerini bu kadar düzgün yerine getirdiğini araştırmakta ve buradan bulunacak bilimsel bilgileri günlük yaşamda kullanmaya çalışmaktadır.



DOĞA İLHAM VERİCİDİR

Doğanın evrim süreci, milyonlarca yıllık bir deneme yanılma yöntemidir. Doğa, aslında en eski laboratuvar ortamı olarak adlandırılabilir. Dolayısıyla, bir mekanizma eğer doğada var ise, binlerce kez geliştirilmiş ve yenilenmiş ve şimdiki verimli çalışma halini almış demektir. Örneğin kuşlar, günümüzden 150 milyon yıl önce geç Jurassic dönemde ortaya çıkmıştır. İlk kuşların kanat yapıları olmasına rağmen uçamadıkları düşünülmektedir. Uçma özelliği, içi boşalan kemik yapısının evrilmesi sonucu gerçekleştiği, göç edebilme yeteneği ise kanatların kenarında dengeyi ve süzülebilmeyi sağlayan tüylerin ortaya çıkması ile başladığı düşünülmektedir. Bu iki özellik, modern uçakların yapılabilmesini sağlamıştır. Doğanın evrimi, günümüzde kullandığımız birçok teknolojinin bilinci ya da bilinçsiz temelini oluşturmuştur. Örneğin, balinaların sırtındaki çıkıntılar, şu içinde kayarak gitmelerini ve daha az enerji harcayarak daha fazla hız kazanabilmelerini sağlamaktadır. Modern su türbinlerinde bu mekanizma kullanılmakta ve kullanılmayanlara göre aynı şu debisi ve türbin büyüklüğü ile %32 daha fazla enerji üretilebilmektedir. Hızlı trenlerin daha az enerji harcayarak daha hızlı gitmelerini ve yüksek ses çıkarmamalarını sağlayan burun yapıları, balıkçıl kuşlarının yüksek hızlarda suya girerken hiç su sıçratmaması esas alınarak geliştirilmiştir. Su geçirmeyen tekstil malzemeleri, lotus çiçeğinin yaprakları üzerindeki biyolojik malzemenin, suyu itmesi prensibine dayanarak icat edilmiştir. Kurak bölgelerde sisin suya çevrilmesi ve içme suyu yaratılması, bir çöl böceğinin sisi sırtında toplayıp suya dönüştürebilmesi bulunduktan sonra mümkün olmuştur. Akıllı telefonları çevirince ekranın da ona göre dönmesi, insan kulağındaki otolit sıvısı ve içindeki kalsiyum taşlarının çalışma prensibine dayanır. Yapay organların laboratuvar ortamında üretilebilmesi, organ gelişimi için gerekli olan hücre dışı proteinlerin keşfedilmesi ile mümkün olmuştur.

Hepimizin yaşamımızın bir zamanında olduğumuz iğneler, sivri sineğin insan derisine iğnesini batırması ve basınç farkından dolayı kanı emebilmesi prensibi ile üretilmiştir. Eyfel Kulesi’nin dengesi, ağır bir yükü kırılmadan taşıyabilen uyluk kemiğinin iç yapısına benzer. Astronotların kurşun geçirmeyen kıyafetleri, örümcek ağının sağlam ama hafif yapısı incelenerek üretilmiştir. Gelişmiş güneş panelleri ve bazı tıbbi cihazlar, tek hücreli yosunların (Diatom) her yüzeye yapışabilen camsi yapısınının yarı iletken silikon içeriği göz önüne alınarak dizayn edilmiştir. Sıcağa duyarlı ve bozulan maddelerin soğutulmadan saklanabilmelerini sağlayan ve bu özelliği nedeniyle buzdolabı kullanımını ortadan kaldırabileceği düşünülen trehaloz denen madde, Tardigrade olarak adlandırılan mikroskopik canlıların derisinin incelenmesi sonucu bulunmuştur. Suda yaşayan Tardigrade’ler, susuz ortamda derilerini katı bir hale dönüştürüp yıllarca canlı kalabilmekteler. Geçen aylarda bir uzay aracının hatası sonucu, ay yüzeyine milyonlarca tardigrade yayılmış ve bu canlıların orada yaşama ihtimallerinin olduğu konuşulmuştu.

Biyoesinlenme ya da biyomimetik, doğanın bize çok şey öğreteceğini ve yeryüzünden kaybolan her canlı ile beraber, çok değerli bilgilerin de yok olmaya yüz tuttuğunu anlatıyor. Bitkilerin enerji üretim mekanizması olan fotosentezi taklit ederek enerji üreten metaller, deniz anasının hareket prensibine dayanan ve enerji gerektirmeden hareket eden makine parçaları, DNA’mızın kendi üzerine katlanma mekanizmasının kullanılarak nano ölçekte (metrenin milyarda biri büyüklüğünde) üretilen tıbbi cihazlar ve daha birçok yeni nesil biyoesinlenme çalışmaları, gezegenimizin hızla sürüklendiği sona karşı önlemleri ancak doğal mekanizmaları tekrarlayarak önleyebileceğimizi de bize göstermiş durumda.