Nanoteknoloji - Muhammed CÜCE

Teknolojinin gelişmesine paralel olarak hayatımıza birçok yeni alet girdi. Cep telefonları, bilgisayarlar, elektrikli ev aletleri ve bilmediğimiz ama hemen hemen her sektörde kullanılan milyonlarca teknolojik küçük parçacıklar. Teknolojinin gelişmesindeki ve yaygınlaşmasındaki en büyük nedenlerden biri hiç kuşkusuz bu aletlerin giderek küçülmesi ve buna bağlı olarak ucuzlamasıdır. Örneğin; bilgisayarın geçmişine baktığımızda ilk bilgisayar bir oda dolusu makineden oluşuyordu. Böyle bir bilgisayarın yaygınlaşması düşünülemez ama günümüze baktığımızda cep bilgisayarları denen bir kavram var. Peki biz bu gelişmeyi daha doğrusu var olan teknolojinin küçülerek yaygınlaşmasını neye borçluyuz?

Aslında bundan yıllar önce bilim adamları bu teknolojiye nanoteknoloji demiyorlardı tabii ki.

Nanoteknolojinin ortaya çıkışını, 1959 yılında fizikçi Richard Feynman’ın, malzeme ve cihazların moleküler boyutlarda üretilmesi ile başarılabilecekler üzerine yapmış olduğu “There's Plenty of Room at the Bottom” başlıklı ünlü konuşmasına kadar dayandırabiliriz. Günümüzde nanoteknoloji alanında Foresight Ensititüsü tarafından her yıl Feynman ödülü veriliyor.

Nanoteknoloji terimi ilk kez Norio Taniguchi tarafından "Temel Nano-Teknoloji Konseptleri" adlı makalede dile getirildi. Nanoteknolojiyi şöyle tanımlıyordu: "Atom ya da molekül molekül ayırma, birleştirme, bozma sürecine nanoteknoloji denir".

K. Eric Drexler 1980'lerde molekülleri deterministik olarak işlemeyi detaylı bir şekilde inceledi. "Yaratma Fabrikaları: Nanoteknoloji Devri" (1986) (ilk nanoteknoloji kitabı) , "Nanosistemler: Moleküler Makinalar, İmalat ve Hesaplama" (ilk nanoteknoloji okul kitabı) adlı kitapları ile ortaya attığı düşünceler "moleküler üretim" olarak biliniyor. 1981'de Drexler ilk nanoteknoloji makalesini yayınladı.

1989'da ilk nanoteknoloji dergisi olan "Nanotechnology" dergisi yayına çıktı. Hala yayınlanmaktadır ve dünyanın en prestijli dergilerindendir.
1991'de Sumio Iijima karbon nanotüpü buldu.
1996'da Nasa nanoteknoloji üzerinde çalışmaya başladı.
1996'da ilk nanoteknoloji şirketi Zynex kuruldu.

Bu gelişmeleri takiben 2000 yılında Amerikan Ulusal Nanoteknoloji Grubu kurulmuş ve nanoteknolojiye verilen maddi destek 2005 yılında milyar dolara yaklaşmıştır. 2000 yılında Amerikan Ulusal Sağlık Enstitüleri Biyomühendislik Konsorsiyumu “Nanobilim ve Nanoteknoloji: Biyomedikal araştırmaların şekillendirilmesi” başlığı ile yapılmıştır.

Nanoteknolojide atomlar veya moleküller tek tek alınıp hassas şekilde birleştirilerek istenen ürün elde edilir. Tıpkı yap-boz oyununda parçaların birleştirilerek istenen şeklin oluşturulması gibi. Bu teknolojinin temeli, doğadaki atomik dizilimi taklit etme ilkesine dayanıyor. Maddeleri farklı kılan; en küçük birim olan atomların dizilişlerindeki çeşitliliktir, atomları hareket ettirebilecek bir teknoloji de bu çeşitliliğe bir ölçüde ulaşabilir. Örneğin; kömür moleküllerindeki atomları düzenleyebilirsek aynı moleküllerin farklı bir dizilimi olan elmas elde edebiliriz.

Nanoteknolojiyi öne çıkaran durumlardan biri maddelerin nano boyutta farklı davranışlar göstermesi ve normalde görmediğimiz yeni üstün özelliklerin ortaya çıkmasıdır. Normalde elektriği ve ışığı iletmeyen maddelerin, nano boyutta tam tersi özellikler göstermesi gibi. Böylece üretilen nanoteknoloji ürünleri daha dayanıklı, daha hafif ve daha hassas özellikler taşımış olur.

Nanoteknoloji ile üretim yapabilmek için bilim adamlarının üzerinde çalıştığı üç temel adım vardır:

Bilim adamlarının bağımsız atomları tek tek kontrol edebilmeleri için tek bir atomu tutup istenen noktaya getirebilmeyi sağlayacak bir tekniğin geliştirilmesi.
İkinci adım nano ölçekli gözlem yapabilen, atomları ve molekülleri isteğe göre kontrol etmeye programlanabilen iş makineleri, yani "derleyici" ler üretmektir. Uygun bir zaman çerçevesinde eşya üretebilmek için trilyonlarca derleyicinin kullanılması.
Üçüncü adım olarak ise, yeterli sayıda derleyiciyi elde etmek için var olanı sayısız kez "çoğaltmaya", "kopyalamaya" programlanabilecek "çoğaltıcı"ların geliştirmesi.

Bu şekilde alışılmış üretim kalıpları değişecek, üretim maliyeti neredeyse sıfıra indirgenebilecek, bol, ucuz ve sağlam üretim yapılabilecektir. Atomları ve molekülleri taşıyacak, yerleştirecek küçüklükteki ilk robot kolun yapılmasıyla nanoteknolojinin ilk aşaması gerçekleşmiş olacaktır. Böyle bir minyatür robot kolun ürettiği robot kollar da kendi benzerlerini ve diğer nano ölçekli aygıtları yapacaklardır. Sayıları trilyonlara ulaştığında da süper nano bilgisayarlar tarafından kontrol edilen bu sürü ile nesneler üretilebilecektir.

Nanoteknoloji kavramında karşımıza tanıdık bir terim çıkıyor: Kuantum. Nanoteknolojinin yüksek potansiyeli kuantum fiziğinin kanunları sayesinde açığa çıkmaktadır. Burada kuantum fizik yasaları devreye girer ve optik, elektronik, manyetik depolama, hesaplama ve diğer alanlarda yeni uygulamalara olanak sağlar.

Büyük devletler savunma sanayilerinin gelişmesi adına nanoteknoloji alanındaki çalışmalara yüz milyonlarca dolar aktarıyor. Bu konular üzerinde öncülük yapmış Almanya, nanoteknoloji araştırmalarına 1 milyar dolardan fazla yatırım yapmaktadır.

Amerika Birleşik Devletleri’nde ise Clinton zamanında başlayan gelişmeler Bush zamanında da devam etti. Aralık 2003 tarihinde başkan Bush, 2005 yılından başlayarak 4 yıl süreyle nanoteknoloji alanında gerçekleştirilecek araştırma ve geliştirme projelerinde kullanmak üzere 3.7 milyar dolar civarında bir fon ayrılmasını onaylamıştı.

Japonya, ekonomisinin temel dinamikleri elektronik sektörüne dayandığı için nanoteknoloji çalışmalarına ABD’den sonra en çok kaynak ayıran ülkelerin başında gelmektedir.

Başta Çin olmak üzere Rusya ve İngiltere de konunun önemini kavramış ve bu yöndeki çalışmalara kamu bütçesinde yer vermektedirler. Geçtiğimiz günlerde Rusya’nın 2015 yılına kadar nanoteknoloji araştırmalarına 7 milyar dolar kaynak aktaracağı açıklandı. 2004 yılında dünya genelindeki devletlerin nanoteknoloji yatırımlarında Rusya’nın payı neredeyse hiç yok iken, 5 yıl sonra Rusya nanoteknoloji alanında en fazla yatırım yapan ülkeler arasında yerini almış durumda. Rusya’ da nanoteknoloji denince akla Rosnano gelir. Rusya'da devletin nanoteknoloji politikasını gerçekleştirmek için kuruldu. Kurum nanoteknoloji ile ilgili proje başvurularını alıyor ve bu başvurulardan ticarileşmeye en yakın olanları mali bakımdan destekliyor.

Hükümetin desteğiyle önemli gelişmeler kaydeden Tayvan, 2012’ye kadar ekonomisinin yüzde 10’unu kapsayacak çalışmalar yapmayı hedeflemektedir.

IBM, Fujitsu ve Intel de nanoteknik dahilinde mikroskobik küçüklükte çipler üretmek için çalışmaktadırlar. Merkez ve Doğu Avrupa’nın ilk nanoteknoloji merkezi IBM desteği ile Bulgaristan’da açılacak. En fazla 2 yıl içinde Bulgar nano ürünlerin piyasaya sürülmesi planlanıyor. Bulgaristan hükümeti nanoteknoloji merkezi açma kararına Nisan 2009′da varmış ve 25 milyon $’lık bir para ayırmış. Fikrin hayata geçirilmesi için Sofya Üniversitesi’nden 30 kişi çalışmış. Merkezin şu an iki amacı var: Nano ve mikro makineler, malzemeler geliştirip üretmek. Diğeri de mikrobiyoloji alanında gelişme kaydetmek. IBM daha önce Arabistan ve Mısır ile de anlaşma yapmıştı.

TÜRKİYE’DE NANOTEKNOLOJİ

Diğer ülkelerle karşılaştırıldığında ülkemizde bu teknolojiye yapılan yatırımın çok büyük olduğu söylenemese de ülkemiz bilim adamlarının ve üniversitelerinin kendi içlerinde nanoteknoloji üzerine yaptıkları çalışmalar mevcuttur. 1989 yılından beridir Bilkent Üniversitesi Fizik Bölümü bu konu üzerine yoğun çalışmalarına devam etmektedir.

TÜBİTAK tarafından hazırlanan Vizyon 2023 programında öncelikli alanlardan biri olarak nanoteknoloji ele alınmıştır. TÜBİTAK’ın nanoteknolojiye verdiği önem, Bilim Ödülü eşdeğeri olarak, çalışmalarıyla bilime uluslararası düzeyde katkıda bulunmuş, yurtdışında yerleşik, Türkiye Cumhuriyeti uyruklu, hayattaki bilim insanlarına verilen TÜBİTAK Özel Ödülü’nü Boston Üniversitesi'nden Selim Ünlü' ye vermesi gösterilebilir. Selim Ünlü, ödülü "Optoelektronik ve nanoteknoloji alanında yüksek performanslı fotodetektörler, yakın alan taramalı mikroskopi ve yüksek çözünürlüklü yüzey altı mikroskopi konularındaki uluslararası düzeyde üstün nitelikli çalışmaları" dolayısıyla kazanmıştır.

TC Savunma Sanayi Müsteşarlığı’nın desteği ile İleri Araştırmalar Laboratuarı kurulmuştur ve çok önemli araştırmalar yapılmaktadır.

Türkiye’de bu teknolojinin gelişimi için önemli kurumsal yapılanmaların hayata geçirilme çalışmaları bulunmaktadır. Bu çerçevede, örneğin tekstil sektörünün teknolojik açıdan yeni açılımlara ulaşmasını sağlayacak özelliklerin geliştirilmesi hedeflenmektedir. Örneğin, ne kir ne de su tutmayan, beraberinde zararlı ışınları soğurma özelliklerini barındıran tekstil ürünlerine dair araştırma programlarının bu yapılanmalar içinde gerçekleştirileceğini bilmek sevindiricidir. Bu arada dünyada karşı karşıya kaldığımız en önemli sorunlardan biri enerji ve enerjinin elde edildiği kaynaklardır. Ama yine nanoteknoloji yardımıyla bu enerji sorunu çözülebilir.

Türkiye’ nin nanoteknoloji açısından gelecekte bulunmak istediği nokta uluslararası çapta nanoteknoloji üretebilmektir. Bunun için nanoteknoloji araştırmacı sayısının arttırılması, akademik-sanayi araştırmacılarının karşılıklı değişimi, hem ulusal hem uluslararası network kurulması, kaynakların yaygınlaştırılması ve etkin olarak kullanılması, teknoloji transfer ofisleri kurulması, gelirin %10’unun nanoteknoloji bazlı ürünlerden elde edilmesi, nanoteknoloji alanında 5 büyük şirket, 500 KOBİ ve lokal nanoteknoloji yerleşkelerinin kurulması gerekmektedir.

Şimdi Türk araştırmacıların çalışmalarından iki örnek göstermek istiyorum.

“ Bilkent Üniversitesi Fizik Bölümü ve Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü öğretim üyelerinden Yrd. Doç. Dr. Hilmi Volkan Demir ile öğrencileri Sedat Nizamoğlu, Tuncay Özel ve Emre Sarı’nın çalışmaları, dünyanın en prestijli dergileri arasında bulunan “NANOTECHNOLOGY” dergisinin 14 Şubat 2007 baskısında kapak konusu oldu. Demir, başkanlığını yaptığı araştırma grubunun, nanokristal kullanarak beyaz ışık üretimini dünyada ilk kez ayarlanabilir renk özellikleri ile başardıklarını kaydetti. Demir, beyaz LED ışık kaynaklarının, geleceğin aydınlatma sistemlerinde geniş kullanım alanı bulacağını belirterek, çalışmalarındaki tasarım, modelleme, fabrikasyon, deneysel karakterizasyon ve kurumsal analizlerin tamamının Bilkent Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezinde ve İleri Araştırma Laboratuarında gerçekleştirildiğini kaydetti. Yüzde 90 oranında enerji tasarrufu sağlayan LED bazlı ışık kaynaklarının küresel ısınma sorununa alternatif çözüm getireceği belirtiliyor. Edison’un ürettiği ampuller ısıyı ışığa dönüştürürken, nanoteknoloji ile üretilen nanokristalli ledler ise elektrik enerjisini direkt ışığa çeviriyor. LED (Light Emitting Diode - Işık yayan Diyot) tabanlı ışık kaynaklarının ömrü 23 yıl sürecek ve otomobillerin aydınlatma sistemlerinde köklü değişiklere gidilecek.”

Yine “Bilkent Üniversitesi NANOTAM Başkanı Prof. Dr. Ekmel Özbay'ın başkanlığında doktora öğrencileri Özgür Attila Çakmak ve Koray Aydın tarafından geliştirilen nanoteknoloji tabanlı meta malzemeler, yeni nesil DVD'lere uygulanırsa, bir DVD' ye binlerce filmin kaydedilmesi mümkün olacak. Günümüzde 50-100 GB ile sınırlı olan DVD kapasitelerinin en az bin kat arttırılabilecek bir teknolojiyi geliştirdiklerini bildirildi.”

Türkiye’ de nanoteknolojinin gelişmesi için avantajlar sıralanırsa; farkındalık ve ilgi, Vizyon 2023, genç nüfus, nanoteknoloji yüksek lisans programlarının varlığıdır.

Dezavantajlar ise; nanoteknolojide seferberlik eksikliği, mekanizma eksikliği (ticarileştirme için gerekli zeminin oluşturulmaması, devlet mekanizması), Vizyon 2023’ün eyleme geçmemesi (önceliklendirme ve eylem plan eksikliği), kaynak dağıtımı ve risk sermayesi eksikliği, altyapı yetersizliği, araştırmacı azlığı ve genç nüfusun yeterince kanalize edilememesi, ulusal (üniversite-sanayi) ve uluslararası işbirliği eksikliğidir.

Nano tabanlı projeler arasında bir hafta uykusuz kalabilmesine rağmen yüksek performansından hiçbir şey kaybetmeyen süper askerler, insansız uçabilen ve arıza yaptığında kendini tamir edebilen uçaklar gibi çalışmalar bulunuyor.

Nanoteknolojinin bir yönü de süper küçük bilgisayarlar (bakteri büyüklüğünde) ya da milyarlarca dizüstü bilgisayar gücünde küp şeker büyüklüğünde süper bilgisayarlar ya da günümüzün bilgisayarlarından trilyonlarca kat daha güçlü, belirli bir büyüklükte masaüstü modellerinin nano boyutunda yapılabilmesidir.

Günümüzde bu teknoloji yardımıyla uzun süre solmayan boyalar, etkisini hızlı gösteren ilaçlar ve daha uzağa gidebilen golf topları gibi şeyler de üretilebiliyor. İlerleyen süreçte ise çok hafif ve dayanıklı olacak nano materyallerle araba, uçak, ve uzay araçları üretilip çok az enerji tüketimiyle daha uzun ve güvenli yolculuklar yapılabilecek. Hatta doğada mevcut birçok yapı kullanılarak insan hayatına kolaylıklar sağlanabilecek. Örneğin; Lotus çiçeği yaprağının hiç ıslanmaması ve kirlenmemesi özelliği keşfedilerek, kirlenmeyen ve ıslanmayan kaşıklar, çatallar ve elbiseler üretilebilecek. Diğer yandan sağlık alanına yönelik olarak yapılacak akıllı nano-robotlar, hastalık teşhisini koymada önemli görevler üstlenecek ve gerektiğinde de hastalıklı bölgelere ilaç vererek tedavi gücünü artıracaklardır. Otomotiv sektörünün en önemli sorunlarından biri olan araçların üzerindeki boyaların çizilmesi ve kaportaların aşınması sorunu da nanoteknoloji sayesinde çözülebilecek. Aynı teknoloji evlerde kullanılan boyalarda da uygulanabilecektir. Nanoteknoloji ile işlenmiş gümüş, bakterilerin üremesini engelleyebiliyor ya da yaşamlarını zorlaştırabiliyor. Nano gümüş olarak adlandırılan işlem bir aşı görevi üstleniyor ve nano gümüş kaplanan yüzeyler bakterilere geçit vermiyorlar. Asıl uygulama alanları bakterisiz ve mikropsuz ortamların yaratılması. Özellikle hastaneler ve mutfaklar için oldukça faydalı bir buluş olacaktır.

Bunların yanında heyecan yaratan teknolojiler de geliştirildi. Nokia'nın nanoteknolojik telefonu, Intel'in en küçük işlemcisi Atom, İstikbal'in nanoteknolojik kumaşı, yapay fotosentez, Beijing 2008'de sporcuların kullandığı birçok nanoürün(Adidas'ın ayakkabısında), nanoparçacıklarla tümör tedavisi, kendiliğinden şarj bunlardan birkaçı.

Nanoteknolojinin yaygınlaşması için genel tahminler bunun 20 ila 30 yıl arasında, hatta daha da geç olabileceği yönündedir. Fakat optik, nanolitografi, mekanik kimya ve 3D prototip teknolojileri konusundaki kaydedilen hızlı ilerlemeler bu süreyi kısaltabilir. Burada önemli olan sadece böyle bir gelişmenin ne kadar kısa bir zamanda yapılabileceği değil aynı zamanda bizim bu yeni teknolojiye ne kadar hazır olabileceğimizdir.

Benim aklıma nanoteknoloji deyince ilk olarak geçtiğimiz yıllarda gösterilen bir reklam filmi gelmişti, belki hatırlarsınız bu reklam filminde yemekler hap büyüklüğünde idi. Nanoteknolojinin en büyük avantajlarından biri de isminden de anlaşılacağı gibi boyutu yani portatifliğidir.

Bilgisayarların yapılmasının nedenlerinden biri Amerikan ordusunun Alman şifrelerini kırmak istemesiydi. Geçmişe baktığımızda birçok teknolojik aygıt ordu araştırmaları sayesinde icat edildi. Benim de en büyük korkularımdan biri nanoteknolojinin savunma sanayinde kullanılmasının biraz abartılmasıdır. Moleküler makinaların, mini robotların biyolojik veya konvansiyonel silah yapımında kullanılma olasılığı var.

Türkiye’de yapılan çalışmaların geleceğe ışık tutacağı kesin. Bugün liselerde bile nanoteknolojiyi tanıtma adına laboratuarlar açılmış bir ülkedeyiz. Nanoteknoloji konusunda yükü Bilkent ve İTÜ çekiyor gibi gözükse de Sabancı Üniversitesi’nin ve Anadolu Üniversitesi’nin düzenlediği konferanslar nanoteknolojinin yaygınlaşmasına katkıda bulunmaktadır. Türkiye ‘deki araştırmacılar ve yurt dışındaki Türk araştırmacılar yoğun şekilde nanoteknoloji konusunu seçmektedirler. Bu alanda çok başarılı çalışmalar bulunmaktadır.

Nanoteknoloji genel amaçlı bir teknolojidir ve neredeyse bütün sektörlerde önemli bir yere sahiptir ve sahip olacaktır. Umarım nanoteknoloji ufak boyutuna rağmen gelecek yıllarda gözümüzden kaçmaz.