Merhaba değerli okurlar,
Daha önceki yazılarımda temel bilimler konusunu pek çok yönden ele alıp bu bilimlerin toplumlara neler kazandırdığını kaleme almıştım.
Bu hafta ise, yine doğa – insan ilişkisinin bir başka yönünü ele alacağım İnsanın doğayı taklit süreci. Mağaraların evlere dönüşümü, evlerin mağaralardan çıkışı ve bugün kendi mağaralarımızı düz ovalara inşa ettiğimiz bugüne kadar tarih boyunca devam eden bir süreç olan doğayı taklit – biyomimikriyi paylaşmak istedim.
Biyomimikri, insanoğlunun doğadaki yapıların, sistemlerin ve süreçlerin taklit ederek teknolojik, mühendislik ve sürdürülebilir çözümler geliştirilmesi anlamına gelir. Kelime köküne baktığımızda da zaten; Yunanca “bios” (hayat) ve “mimesis” (taklit) kelimelerinden türemiş bir terimdir.
Bu kavram, doğanın milyonlarca yıl süren evrimsel süreçlerde mükemmelleştirdiği çözümlerden esinlenir. Biyomimikrinin tarihsel süreci, insanoğlunun doğayı gözlemleyip taklit etmeye başladığı ilk dönemlerden günümüze kadar uzanır. Bunlara birkaç örnekle değinelim;
Erken Dönemler: Uçma Hayali ve Kuşlardan İlham
Biyomimikrinin en eski örneklerinden biri, insanların uçma arzusuyla kuşlardan esinlenmesidir.
Mitolojik ve İlk Denemeler: Antik Yunan mitolojisinde, Daedalus ve İkarus’un balmumu ve tüylerden kanatlar yaparak uçma girişimleri, insanın doğayı taklit etme arzusunu gösterir. Ortaçağda ise Leonardo da Vinci, kuşların uçuş mekanizmasını detaylı bir şekilde inceleyerek çeşitli uçan makineler tasarlamıştır. Da Vinci’nin “ornithopter” adlı cihazları, kuşların kanat çırparak uçmasını taklit etmeyi amaçlıyordu. Bizde ise Hezarfen Ahmet Çelebi bu uçuşu, yani kuş kanatlarını taklit ederek uçabilmeyi dünyada ilk defa gerçekleştiren kişidir. Tabii uçmak deyince güncel süper kahramanlardan yarasa adam: Batman’i de unutmamak gerek. O da yarasa kanatlarını kopyalayıp uçabilen bir Hollywood figürüdür. Yine roketlerle uçabilen Ironman karakterinin gövdesi metalden yapılmış olmakla beraber, eklem noktaları kitin zırha sahip böceklerden esinlenmiştir.
Sanayi Devrimi ve Uçakların Doğuşu
1760’da Britanya’da buhar gücünün kullanılmasıyla başlayan sanayi devrimi, mühendislik ve malzeme bilimi alanında büyük gelişmeler yaşanmasını da sağladı. Temel bilimlerin uygulama sahası olan mühendisliklerin ilerlemesi ve tabiattaki malzemelerin endüstriyel olarak daha ucuz, sağlam ve hafif şekilde üretilebilmesiyle biyomimikri uygulamalarının da daha yaygın hale gelmesi kaçınılmaz oldu.
1903 yılında, Wright kardeşler, kuşların kanat yapılarından ilham alarak ilk motorlu uçağı tasarladılar ve kısa bir mesafede de olsa başarılı bir şekilde uçurdular. Kuşların aerodinamik özelliklerini inceleyen Wright kardeşler, modern havacılığın temelini atarak belki de farkında olmadan biyomimikrinin önemini gösterdiler. Modern uçaklarındaki uçuş boyunca değişebilen geometrili kanat ve değişen burun yapılarına kadar hemen tüm gövde tasarımı kuşların amatör birer kopyasının ötesine geçemedi henüz.
20. Yüzyıl: Biyomimikrinin Yaygınlaşması
20. yüzyılın ortalarından itibaren biyomimikri, daha sistematik ve disiplinler arası bir yaklaşıma dönüştü. Çünkü gelişen mühendislikler ve çoğalan alternatif malzemeler insanoğlunun hayal gücünün önündeki engelleri bir bir yıkıyordu. Bu dönemde biyomimikri, mühendislikten tasarıma, enerjiden malzeme bilimine kadar geniş bir yelpazede uygulama alanı buldu. Şimdi çok çarpıcı ve hepimizin hayatında vazgeçilmez bir yer edinmiş olan bir biyomimikri ürünü örneği üzerinden temel bilimler, mühendislik ve malzeme bilimi sayesinden doğanın nasıl insan eliyle yeniden ölümsüz şekilde canlandığını görelim.
Gündelik adıyla cırt cırt. Yada mucidinin verdiği isimle “Velcro”. Bu teknolojik görünen havalı isim aslında bir kısaltma: Velvet’in (kadife) “Vel” hecesi ve Crochet’nin (kanca) “Cro” harfleri birleşerek Vel-Cro oluyor. 1941 yılında, İsviçreli mühendis George de Mestral, köpeğinin tüylerine yapışan çobanpüskülü tohumlarından ilham alarak Velcro bantlarını geliştirdi. Bu bantlar, çobanpüskülünün kancalı yapısını taklit eden mikro yapılar sayesinde, günümüzde ayakkabılardan tıbbi cihazlara kadar pek çok alanda kullanılmaktadır. NASA’nın uzay görevlerinde de kullanılan cırt – cırtların doğa yürüyüşlerinde en çok canımızı sıkan bir ottan esinlendiğini biliyor muydunuz?
Biyomimikri, bugün sahip olduğumuz bilgisayarlı mekanik ve kimyasal tasarım gücü sayesinde sürdürülebilirlik, çevre dostu teknolojiler, savunma sanayi ve hatta uzayda kullanılacak ekipman ve silahlar geliştirme alanında büyük bir potansiyele sahiptir. Modern biyomimikri diyebileceğimiz bu uygulamalar, yine doğadan esinlenen ama gelişen malzeme bilimi ve mühendislikler sayesinde daha fazla yenilikçi çözümler sunmaktadır. Asıl büyük sıçrama ise???? Evet, yapay zekanın problem çözme yeteneği ile devasa bilgi işleme kapasitesini biyomimikri için kullandığımızda yaşanacak. O gün, karşımıza daha önce hayal bile edemediğimiz yetenekler ve uygulamalar çıkacak. Şimdilik mevcut örneklere biraz bakalım.
– Algler ve Boru tipi Fotobiyoreaktörler: Algler, fotosentez yoluyla güneş enerjisini biyokütleye dönüştürerek denizdeki besin zincirinin ilk adımını oluşturur. Bu işlem için karbondioksitteki karbonları alarak oksijeni ayırırlar. Yani hem havadaki karbondioksiti alarak havayı temizler, hem protein üretir, hem de hayatın en büyük ihtiyacı olan oksijeni üretirler. Hatta o kadar önemlidir ki bu mikroorganizmalar, dünyadaki oksijen / karbondioksit çevriminin yarısını sağlar. Günümüzde giderek artan ve Avrupa’da AVM garajlarından otobüs duraklarına kadar yaygınlaşan boru tipi fotobiyoreaktörler, alglerin bu özelliğinden faydalanarak karada biyoyakıt üretimi ve karbon dioksit emilimi sağlar. Bu teknoloji, enerji üretiminde sürdürülebilir ve çevre dostu bir çözüm sunar.
Geko Kertenkelesinin Ayakları: Antartika hariç dünyanın her yerinde yayılan Gekoların ayaklarında bulunan mikroskobik kıllar ve oluşturmayı başardıkları mikro vakum etkili vantuzlar, onlara dik yüzeylere tırmanabilme yeteneği kazandırmaktadır. Bu yapı, cam yüzeylere bile tırmanabilen robotlar için ilham kaynağı olmuş ve bu robotlar, özellikle arama-kurtarma operasyonlarında kullanılmıştır.
Lotus Etkisi: Lotus bitkisinin yaprakları, su ve kiri iten mikro ve nano yapılar içerir. Bu özellik, su ve kir tutmayan yüzey kaplamaları geliştirilmesinde kullanılmıştır. Bu kaplamalar, binaların dış yüzeylerinden elektronik cihazlara kadar geniş bir kullanım alanına sahiptir.
Balıkların Yüzgeç Yapıları: Balıkların yüzgeçlerinden ilham alınarak geliştirilen yapılar, su altı araçlarının manevra kabiliyetini artırmak için kullanılmıştır. Bu teknolojiler, denizaltılar ve otonom su altı robotları gibi araçlarda uygulanmaktadır.
Eklem Bacaklılar: Karıncalar ve benzeri eklem bacaklı hayvanların hareket mekanizmaları, biyomimikri yoluyla robotik sistemlerde de uygulanmaktadır. Eklemlerinde sahip olduğu mikro mekanik bağlantılar ve iç yapılar sayesinde böceklerin aşamadığı hemen hiçbir fiziksel engel yoktur. Geniş hareket açıları ve buna rağmen kararlı bağlantı noktaları sayesinde imkansız görülebilen yüzeylerde rahatlıkla hareket edebilen bu canlılar, kimi özel maksatlı robot tasarımında ve hatta Da Vinci adı verilen mikro cerrahi robotlarına esin kaynağı olmuştur. Bu tür robotlar, özellikle zorlu arazilerde ve dar alanlarda etkili bir şekilde hareket edebilme kapasitesine sahiptir.
Biyomimikri ve Gelecek
Biyomimikri, savaş robotlarından tıbbı ekipmanlara, çevre dostu teknolojilerden yaşam konforunu artırmaya kadar pek çok farklı alanda yeni ürünlerin ve çözümlerin geliştirilmesinde büyük bir potansiyele sahiptir. Doğadan esinlenen bu çözümler, sadece teknolojik ilerlemeye katkıda bulunmakla kalmaz, aynı zamanda doğal kaynakların korunmasına ve çevresel etkilerin azaltılmasına da yardımcı olur. Bal peteklerinde görülen altıgen hücrelere sahip, dayanıklı ve hafif alternatif ahşaplardan ateş böceğinde gördüğümüz biyokimyasal ışımayı (biyoluminesans) kullanan yüzey hijyen testlerine kadar modern bilim adeta bir biyomimikri müzesine dönüşmektedir.
Doğanın enerji verimli çözümleri, binaların iklimlendirilmesinden enerji üretimine kadar pek çok alanda kullanılmaktadır. Örneğin, termit yuvalarının doğal havalandırma sistemleri, modern binaların enerji verimli iklimlendirme sistemlerinde kullanılmaktadır.
Doğadan ilham alınarak geliştirilen yeni malzemeler, dayanıklılık ve esneklik gibi özellikleriyle dikkat çekmektedir. Örümcek ipeği, çelikten daha güçlü ve esnek bir malzeme olarak mühendislik ve tıp alanlarında kullanılmaktadır.
Sonuç olarak, biyomimikri, doğanın bilgi birikiminden yararlanarak insanlık için yenilikçi ve sürdürülebilir çözümler sunan bir bilim dalıdır. Mühendislikten mimariye, malzeme biliminden enerji üretimine kadar geniş bir yelpazede uygulama alanı bulan biyomimikri, geleceğin teknolojilerini şekillendirmeye devam edecektir. Doğadan ilham alarak geliştirilen bu yenilikçi çözümler, hem teknolojik ilerlemeye katkıda bulunacak hem de sürdürülebilir bir dünya yaratma hedefine hizmet edecektir. Ülkemizde sahip olduğumuz biyoçeşitlilik bile esasında bambaşka bir sermayeyi önümüze koymaktadır. Tek yapmamız gereken, kutunun dışına çıkıp, sahip olduğumuz bu doğal malzemeler ve canlılardan endüstride, sanayide, yaşamın içerisinde nasıl yeni ürünler ve çözümler üretebileceğimizi fark edebilmek.
Yazımda bahsettiğim, iki yüzeyi ince levhalarla kaplanmış, altıgen hücreli blok tasarımı pek çok farklı ürünle dayanıklı ama hafif malzeme üretiminde kullanılabilecek bir tekniktir. Mucize malzeme grafenle birlikte kullanıldığında bambaşka ürünlere dönüşebilir. Belki siz de bu tasarımı kullanarak özel bir kişisel zırh üretebilirsiniz. Ne dersiniz?
