Nano Makineler

 Levent ŞAŞMAZEL, TA0L
 23 Aralık 2012

Sevgili TAMSAT dostları, okumaktan en çok zevk duyduğum Sayın Ruha Bey’in en son yazısındaki bir paragraf bu yazımın ana konusunu kapsamakta. Umarım hepiniz okumuşsunuzdur, Ruha Bey’in yaptığı detaylı bir çalışmanın sonucu olarak “Gökyüzünde Yapay Bir Yıldız” makalesi olarak yayınlandı. Bu yazının en son paragrafı oldukça ilginç. “Yazının sonunda bazı haylaz arkadaşlarımın yazıyı hazırlarken sırf beni kızdırmak için; ‘ne var ki bu küp uydularda bu kadar çok seviyorsun, her tarafı teknik bilgi olsa ne olmasa ne, minnacık içi dışı görünen bir uydu işte’ dediklerini hatırladım.

YazıBu paragraf bana seneler önce okuduğum bilimsel bir yazı hakkında neler düşündüğümü ve daha sonra bu konudaki fikirlerimin nasıl değiştiğini hatırladım. Sizlerle bir 15 sene öncesine gidip kendi izlemlerimi ve duygularımı paylaşmak istedim. 1990’ların basında okuduğum bir teknik dokümanda IBM‘in malzemeleri atom seviyesinde kontrol edebildiği anlatılıyordu. İlk örneği olarak gösterilen bir elektron mikroskobu resminde ise 1989’da IBM Almaden Research Center da nikel bir yüzeyin üzerine yerleştirilmiş atomlardan yazılmış bir IBM yazısı vardı. Bu yazıyı okurken aklımdan “IBM’in boşa harcayacağı ne çok parası varmış” diye düşündüğümü dün gibi hatırlarım. “Pratik hiç bir kullanımı olamayacağını bildiğim bir konu için herhalde zaman harcamam” deyip geçmiştim. Ama büyük lokma yutup, büyük söz söylememek gerekiyormuş.

Moleküler MotorAradan birkaç sene geçti ve ben bu arada iş değiştirip yazılım ve elektronik konusunda AR-GE yapan bir kuruluşta çalışmaya başlamıştım ki elime yine bu konuda IBM’in bir başka dokümanı geçti. Bu dokümanda ise IBM’in moleküler düzeyde bir dişli oluşturduğunu ve bir taraftaki moleküllerden oluşan dişliyi döndürdüğünüzde diğer taraftaki moleküler dişlinin döndürülebildiğini açıklıyordu. Bu kez bu yeni buluş, İsviçre’deki IBM araştırma laboratuvarlarından gelmekteydi (1998). Yazının detaylarına girmeye başladığınızda ise bu çalışmanın moleküle düzeyde bir motorun yapılabilmesi için ilk adımı oluşturduğunu açıklamaktaydı. Düşünmedim değil, 1.000 moleküllük bir motor yapılsa gücü ne olabilir, Nano Watt bu motorla neyi döndürebilirsiniz? Sanırım hiçbir şeyi. Peki bu motoru nasıl bir enerji ile beslersiniz? IBM Zürih Laboratuvarı dokümanında bu sorunun cevabı da bulunmaktaydı. Böyle bir motorun dönmesi için içinde bulunduğu odanın ısısı yeterliydi.

Elmas Çağı (Diamond Age)O gün yemekte beraber olduğum çalışma arkadaşlarımdan bir ikisi ile bu konuda oldukça hararetli bir tartışma yaptık. Tartışma sonunda Mr. Dave Schneider bana Elmas Çağı (Diamond Age) adlı bir kitabı tavsiye etti. Ertesi gün ise gittiğimde ise, odamın kapısında küçük kağıt bir torba içinde bu kitabı buldum. Kurgu bilim olan bu kitap, 150-200 sene sonrasındaki bir topluluğun sosyal yapısını anlatmakta idi. Bir nefeste okuduğum bu kitap benim bu atom seviyesinde yapılmakta olan çalışmalara oldukça değişik olarak yeniden bakmamı sağladı. Tabii ki yaklaşık iki hafta boyunca öğle yemeklerindeki tartışmaların konusu da artık adı konmuş olan “nano teknoloji” idi.

Bu arada bizlerin çalıştığı şirkette de nano teknoloji üzerine çalışmalar yapmaktaydı. Hem de bu konudaki laboratuvarlardan biri ile aynı binada idik. Şirketimizin bu konudaki ilk patent bilgisi 1998 yılında New York Times gazetesindeki bir yazı ile benim ve gurup arkadaşlarımın dikkatini çekmişti. Bulunduğumuz yerden yaklaşık 40 mil uzaklıktaki bir başka Bell binasındaki araştırmacılar ilk mikroskobik aynalardan oluşan bir anahtarlama sistemi geliştirmişlerdi. Toplamda 16 aynadan oluşan bu sistem nano teknolojinin bizler için ilk elle tutulur örneği idi.

Elmas Çağı kitabında beni en çok etkileyen kısım bir su filtresinin tanımlanması idi. Bu arada aklına “Neden elmas çağı?” diye bir soru takılan arkadaşlarımız için çok kısa bir açıklama yapmak istiyorum. Bu kurgu bilim romanda teknoloji öyle bir noktaya ulaşmış ki, evinizin penceresine silisyum bazlı bir cam yapmak ile elmastan yapılı bir cam yapmak arasında hiçbir fark yok. Su filtresine geri dönersek bugünkü teknolojide su filtreleri istenmeyen materyalleri tutan ya da sadece belli bir boyuttaki molekülleri filtrenin bir tarafından öteki tarafına geçiren mebranlara sahiptir. Elmas çağında ise filtre aslında bir nano makinedir, daha doğrusu çok küçük akıllı robotlardan oluşur. Bu robotların işi oluşturdukları mebranın bir tarafında bulunan H2O moleküllerini mebranın öteki tarafına aktarmaktır. Böylece suyu kirleten kimyasal biyokimyasal hiçbir madde temiz suyun olduğu tarafa geçemeyecektir.

Uzay Yolu (Star Trek)Yine öğlen yemeklerindeki tartışmalardan biri bu nano teknoloji ve bu teknolojinin günümüzdeki ilk ipuçları idi ki yine uzun suredir beraber çalıştığım ve bilim kurgu ile oldukça ilgilenen Dave’in “Biliyor musunuz?” diye başlayan cümlesi idi. Hepimiz izlemişizdir. “Uzay Yolu” dizisinde uzay gemisinin kafeteryasında mikrodalga fırına benzeyen bir alet Uzay Yolu görevlilerine içecek ve yemek servisi yapmaktadır. O zamana kadar detaylarını bilmediğim bu alet ise bir başka Nano Makine’nin örneğidir. Dizinin yapımcısının hayal ettiği bu makine sadece karbon atomlarından (yani kömürden) ve sudan oluşan bir depoya sahiptir. Siz makineye “ben çok pişmiş bir biftek istiyorum” dediğinizde makine biftek formülünün tüm bilenen molekül yapıları ile nano robotlar aracılığı ile anında oluşturmakta ve size hiçbir hatası olmayan bir yiyecek olarak sunmaktadır.

1998 senesinde atom seviyesindeki motorun ne ise yarayacağını düşünürken, 16 aynadan oluşan bir ışık anahtarlama sisteminin oluşturulabileceği herhalde hiç kimsenin aklına gelmemişti. Ya da sadece bir film yönetmeninin hayalinin gerçeklenmeye yaklaşacağı. Ürün geliştirmenin ve sadece bilimsel araştırmanın nasıl bir süreç içinde birbirine bağlandığının çok güzel bir göstergesini kendi hayatımda yaşamış ve görmüştüm. Bu tecrübeden “pure research” denilen her şeyden uzakmış ve hiçbir şekilde işe yaramayacakmış gibi görünen araştırmalara bakış tarzım oldukça değişti. Çoğunlukla buluşlar kendilerini günlük hayatta kullanılacak ürünlere dönüştüremiyorlar. Buluşların da bir yaşam süresi var, bu yaşam sürelerinde gelişiyorlar ve başka buluşların doğmasına neden oluyorlar. Ürün ise belki iki üç jenerasyondan sonra hayata geliyor.

Norio TaniguchiKısaca geçmişine baktığımızda, IBM deki atom seviyesindeki IBM yazısından önce ana fikri 1959 senesinde “There’s Plenty of Room at the Bottom” adlı konuşmasında Richard Feynman tarafından ortaya atılmış. Bu konuşmada Feynman atomların dışarıdan kontrol edilebileceği işlemlerden bahsetmekte. İsim olarak “Nano Teknoloji” ise 1974 yılında Tokyo Bilim Üniversitesi Profesörü Norio Taniguchi tarafından ilk olarak kullanılmış. Günümüzde bu denli önemli bir teknolojik akim olmasını ise 1980’lerdeki yoğun çalışmaları ile Dr. K. Eric Drexler’e borçluyuz.

Peki nedir bu nano teknoloji?

Nano uydular ile ilgisi ne? Aslında nano uydular ile isim benzerliğinden başka bir ilgisi yok. Bizim nano uydu dediğimiz yapılar, 10cm küplük bir alandan çok daha küçük bir alanın içindeler ve bu küçük dünyada öyle fırtınalar yaratmaktalar ki insanlığın önümüzdeki yüzyılının en önemli çalışmasını bu konunun oluşturacağını günümüz bilim adamları tarafından sorgusuz kabul edilmekte. Bugün tüm gelişmiş ülkelerin yüksek öğretim kuruluşları bu konuda çalışan özel departmanlara sahipler. Bu ülkelerin savunma sektörleri yine her yıl bu konuda milyarlarca doları araştırma ve geliştirmeye yatırmaktalar.

Lamda RouterBu arada çalıştığım kuruluş çok hızlı bilgi akışı sağlamak için yeni bir teknoloji geliştirmekte idi. Ben bu konuda çalışma yapmamama rağmen, şirket içindeki yazışmalardan ve tabii ki yemek sohbetlerinden neler olduğunu çok büyük bir dikkatle izlemekteydim. Lamda Router denilen bir sistemin içinde kullanılan entegre devrenin içinde 256 adet mikroskobik ayna kullanılmakta ve bir taraftan giren ışık diğer tarafa bu aynaların hareketi ile aktarılmakta idi. MEMS’de denilen bu teknoloji bir anda tüm telekomünikasyon şirketlerinin dikkatini çekmeye başladı. Öyle ki rekabet, bu teknolojiye sahip olmayan şirketlerin satışlarını etkiliyor, teknolojideki sıralanma değişiyordu.

Böyle bir teknolojiye yatırım yapmak zorunluluğunu hisseden telekom şirketleri ise oldukça yüksek ücretler ödemeye hazırdı. Bu dönemdeki en ilginç direkt alımı ise Cronos adlı şirketin başına gelmişti. MEMS konusundaki çalışmaları ile tanınan bu küçük Kanada şirketi, senelik toplam satışları 10 milyon dolar civarında iken JDS Uniphase tarafından 750 milyon dolara satın alınmıştı. Yine 2000 yılında Kanada’nın ünlü telekomünikasyon şirketi Nortel Lucent ile rekabet edebilmek için iş hayatına daha yeni başlamış bir Amerikan şirketini CoreTek 1.43 milyar dolara satın alıyordu.

2003 yılında IEEE‘de yayınlanan bir başka teknik makale ise 1100 x 1100 portlu bir optik anahtarlama sisteminden bahsedilmekteydi. Bu sefer aynalar sadece bir düzlemde işlem yapmıyor üç boyutlu bir ortamda ışık anahtarlanıyordu.

Alex ZettlBenim IBM in ilk nano dişlilerini okumamdan yaklaşık 4 ya da 5 yıl sonra Univercity Of Berkley California ilk nano tüp motorun Alex Zettl tarafından üretildiğini dünyaya açıkladı. Üretilen nano motor o kadar çok küçük ki 500 nanometre büyüklüğünde (yaklaşık insan saçının 300 de biri). Berkeley’in basın yazısında bu motorun altından yapılmış bir rotorunun bulunduğu ve kolayca bir virüs tarafından taşınılabileceği bildirilmekteydi. Aynı yazı hala tabiattaki biyolojik motorların daha küçük olduğunu ancak insanlığın aradaki farkı büyük bir hızla kapattığını da söylemekteydi. Bugün nano teknoloji hemen hemen tüm bilim dallarının içinde oldukça hareketli bir araştırma ve geliştirme alanı. Radyo ile ilgilenen arkadaşlara dünyanın en küçük vericisinin ve en küçük radyo alıcısının yine Alex Zettl tarafından yapıldığını söylemeden edemeyeceğim.

Resim. Nano Radyo Blok Diyagramı. (Image credit: Berkeley Lab.)

Resim. Nano Radyo Blok Diyagramı. (Image credit: Berkeley Lab.)

Nano Radio denilen bu çalışma osilatörün bir “nano tube” tarafından oluşturulması prensibine dayanmakta ve aynı prensip ile yapılmış olan nano alıcı ise tüpün rezonansa geçmesi ile çalışmakta.

Küçük dünyalarda sonsuz yenilikleri beraberce inceleyip yeni ürünler tasarlamak, hayata geçirmek dileklerimle…

Referanslar:

http://www.tamsat.org.tr/tr/gokyuzunde-yapay-bir-yildiz-fitsat-1-niwaka/
http://www.research.ibm.com/labs/almaden/
http://www.ibm.com/us/en/
http://www.newswise.com/articles/
http://lmts.epfl.ch/webdav/site/lmts/shared/publications/1100×1100%204db%20OXC.pdf
http://www.berkeley.edu/news/media/releases/2003/07/23_motor.shtml
http://www2.technologyreview.com/article/409595/tr10-nanoradio/2/

 

Yazı hakkında görüşlerinizi belirtmek istermisiniz?