• İnsanlar doğayı gözlemleyerek elde ettikleri tecrübelerle birçok teknolojiyi geliştirdi. Teknolojinin bugün geldiği düzeyde dahi halen doğa, bilim insanları için büyük bir ilham kaynağı.

Kutup ayıları ve uzay mekikleri

 Kutup ayıları doğadaki en şaşırtıcı canlılardan biridir. Ayakları üstüne kalktığında 3 metreye yakın boyu olan ve 600 kilo ağırlığa kadar ulaşabilen kutup ayıları eksi kırk derece soğukta haftalarca hayatta kalabilecek kadar dayanabilecek kadar dayanıklıdır.

Kutup ayılarının kürkleri beyaz gibi görünse de aslında transparan görünümlüdür. Bu katmanın altındaki deri koyu siyah rengindedir. Postlarının bu yapısı kutup ayılarının hem güneşten gelen enerjiyi maksimum oranda almalarını, hem de zararlı ultraviyole ışınlarına karşı korunmalarını sağlamakta.

Aynı şekilde zaman zaman 50 kilometre kadar yüzen bu kara canlılarının ısı izolasyonu da son derece etkileyicidir. Kutup ayılarının derilerinin yapısı vücutlarının ısılarının dışarıdaki ısıdan neredeyse hiç etkilenmemesini sağlar.

Eskimolar, kutup ayılarının postunun bu özelliğini binlerce yıldır biliyor. Bu nedenle kutup ayısı postu, Inuit topluluklarında kayıklardan, giysilere kadar birçok alanda kullanılıyor.

Çin Bilim ve Teknoloji Enstitüsünden bir grup bilim insanı, kutup ayılarından esinlenerek, uzay araçlarının ısı izolasyonu için yeni bir aerojel geliştirmeyi hedefledi.

Uzay mekikleri gerek atmosferden çıkarken gerekse de atmosfere geri girdikleri sırada yüzeylerinde olağanüstü yüksek ısılara maruz kalıyor. Uzay mekiklerinin en önemli özelliği tüm çevresini kapsayan insulasyon malzemesi.

Çinli bilim insanı Shu-Hong Yu başkanlığındaki bir ekip, kutup ayılarının postlarındaki tüylerin yapısını inceleyerek yeni ve çok daha etkili bir insulasyon malzemesi geliştirdi.

Kutup ayılarından esinlenen yeni aerojel, halihazırda kullanılanlardan çok daha hafif, daha yüksek insulasyon sağlıyor ve su da geçirmiyor.

Bu keşfin tek uygulaması uzay mekikleri değil. Bilim insanları uzayda bir gezegende kurulacak kolonilerde yaşayan insanların kutup ayılarından esinlenen bu insulasyon malzemesiyle soğuktan, zararlı ultraviyole ışınlardan korunabileceğini düşünüyor.

 

*****

Sivrisinekler ve tıbbı gelişmeler

Dünya Sağlık Örgütüne göre insanlara her sene 16 milyar doz enjeksiyon yapılıyor. Kimi insanlarda çok ciddi korkulara neden olan iğneli enjeksiyonların ağrısız yapılması için bilim insanları çalışmalar yürütüyor. Bu konuda en çok ilham veren varlık ise ağrısız bir şekilde insanların kanını emen sivrisinekler.

Sivrisinekler evrim ağacının en güçlü canlılarından biri. Günümüzdeki sivrisineklerin ataları, hemen hemen aynı şekilde 250 milyon yıldır vardı.

Sivrisineklerin ağrısız bir şekilde derinin üst tabakasına en yakın damarlara ulaşmasının en önemli nedeni ağızlarının şekilleri.

Bundan hareket eden Japonya’daki Kansai Üniversitesi’nden uzmanlar sivrisineklerinin ağızlarına benzeyen bir şırınga üretti. Geleneksel şırıngaları düz bir metal parçası oluştururken, sivrisinek ağzının kopyalandığı şırınga ise tırtıklıydı.

Dışarıdan bakıldığında düz bir şırınganın daha az acı vereceğini düşünürüz. Ancak deneyler tırtıklı şırınganın çok daha az acı verdiğini gösterdi. Bilim insanları şimdi sivrisinek ağızlı şırıngaları yaygın bir şekilde kullanmak için çalışmalar yürütüyor.

 

*****

Fil hortumları ve biyonik kollar

Bilim insanları uzun bir süredir fillerin hortumlarına benzeyen, aynı derecede güçlü ve becerili bir robotik yumuşak kol yaratmak için çalışıyor.

Filler için hortum sadece süper bir koku alma organı değildir, aynı zamanda titreşimlere de duyarlıdır. Filler bunu uzaktaki sürülerin ve hatta fırtınaların varlığını kontrol etmek için kullanabilir. Bu devasa hayvanlar sadece hortumlarını yere dayayarak veya havaya kaldırarak fırtınaları ya da çok uzaktaki fillerin adımlarını tespit ederler.

2010 yılında Almanya’da robotik bir kol geliştirmek isteyen bir grup bilim insanı fil hortumunun tüm özel niteliklerini incelemeye başladı. Mühendisler robotik kollarında hortumun yumuşaklığını taklit etmek istedi ve kolların yapımında çelik veya demir gibi sert metaller kullanmamaya karar verdi. Yapılan kol modelinde temel madde olarak poliamid adı verilen hafif bir plastik kullanıldı.

Mühendisler kolu katı bir plastik kütlesi yerine, üst üste yığılmış çok sayıda içi boş odacık içerecek şekilde tasarladı. Bu daha hafif tasarım, robotun kazara birine kuvvetle çarpması durumunda bile bir insana zarar verme olasılığını çok daha düşük hale getiriyordu. Ve böylece 'Biyonik Taşıma Asistanı' doğmuş oldu. Hafif bir kol yaratma sorununu çözen mühendisler, bu kolu nasıl bir filin hortumu kadar esnek ve güçlü hale getireceklerini de bulmak zorundaydı. Akıllarında robotlarının sert ya da tehlikeli hiçbir şey içermemesi gerektiği gerçeği vardı, bu yüzden karar verildi: sadece hava kullanarak çalışmasını sağlamak.

Hareket için hava kullanıldı

Hava oldukça sıradan görünür, ancak onu sıkıştırdığınızda ağır yükleri kaldırmanın ve eşyaları hareket ettirmenin güçlü bir yolu haline gelir. Ekip, havayı basınçlı havaya dönüştürmek için robotun tabanında zarar görmeyecek şekilde saklanan bir dizi valf ve bir kontrol ünitesi inşa etti. Bu valfleri, basınçlı havayı kolun içindeki içi boş odacıklara göndermek için kullandılar.

2010 yılında Biyonik Taşıma Asistanı ilk geliştirildiğinde, yumuşak ve esnek nitelikleri oldukça devrim niteliğindeydi. O zamandan bu yana, daha da esnek olan birçok robota ilham kaynağı oldu. Son birkaç yılda yumuşak robotik alanında patlama yaşandı ve şu anda yüzlerce farklı model geliştiriliyor.

 

*****

Yılanlar ve arama-kurtarma robotları

ABD'deki Johns Hopkins Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü'nde yardımcı doçent olan Chen Li liderliğindeki bir mühendis ekibi yılanların doğada en engebeli koşullarda dahi rahatça hareket etmesinden ilham alarak bir arama-kurtarma robotu tasarlamaya çalışıyor.

Bu amaçla hareket eden rkip, yılan robotlarına ilham vermek için özellikle engebeli, kayalık zeminlerde hareket etmeye iyi adapte olmuş gerçek bir yılan türünü inceledi. Meksika'nın kuzeydoğusundaki Tamaulipas eyaletinin platolarında çeşitli manzaralarda bulunan bir tür olan değişken kral yılanı, olağanüstü hareket yetenekleriyle dikkat çekti.

Doğada hareket etmek, düz bir zeminde hareket etmekten çok daha zordur. Zaman zaman doğa yürüyüşleri yapanlar, doğada çok daha fazla kayma, düşme, takılma gibi risklerle karşı karşıya olduklarını bilirler. Bu bir arama kurtarma robotu için de ciddi bir risk.

Yılanları izleyip robot yaptılar

Ekip, yılanların engellerle karşılaştıklarında vücutlarını nasıl büktüklerini görmek için bir dizi deney yaparak işe başladı. Onlara farklı yüksekliklerde basamaklar ve pürüzlü kumaş ya da pürüzsüz kağıttan oluşan farklı yüzeyler sundular. Üç yılanı izlediler ve deney tekrarlandı, böylece her yılan her basamak yüksekliğinde ve her basamak kaplamasında on kez tırmandı. Sonuçlar açıklayıcıydı. Bir basamağa tırmanmak için yılan vücudunu üç bölüme ayırıyor: ön ve arka bölümler yüzeye yakın duruyor ve düz yatay basamaklarda ileri geri kıvrılıyor, vücudun basamaklar arasında gerilmiş orta bölümü ise büyük boşluğu kapatmak için havada asılı duruyordu. Ekip, kıvrılan kısımların denge sağladığını, yılanı desteklediğini ve devrilmesini önlediğini fark etti. Basamakları daha uzun ve kaygan hale getirdiklerinde, yılanlar daha yavaş hareket ediyor ve ön ve arka vücut kısımlarını daha az kıvırıyorlardı. Bu şekilde dengelerini koruyor ve düşmüyorlardı.

Li'nin laboratuvarında üretilen ilk robot, bu prensipleri esas alarak başarıyla testleri tamamladı. Ekip 'yılan-bot'ları üzerinde çalışmaya devam etmeyi ve onu daha karmaşık arazilerde ya da birden fazla engelin bulunduğu yüzeylerde daha da iyi hale getirmeyi planlıyor. Son testlerinden sonra yılan-botlar afet durumlarında büyük faydalar sağlayabilecek.

 

*****

Develer ve soğutma

Şiddetli sıcaklarda bir deve bütün bir haftayı -bazen daha fazlasını- susuz geçirebilir; ihtiyaç duyduğu nemin bir kısmını yediği bitkilerden elde edebiliyorsa ya da çok çalışmıyorsa su içmeden daha da uzun süre hayatta kalabilir.

Devenin kalın kürkü normalde yaşadıkları iklimlere çok uyumsuz görünebilir. Ancak bir deve kalın kürkünü kaybederse, yaklaşık yüzde 50 daha fazla su kullanır. Kürk harika bir yalıtım sağlar, soğuk çöl gecelerinde kullanışlıdır ve hava ısındığı zaman da dışarıdaki ısının içe etki etmesini engeller.

Bu bariyer bir devenin ancak vücut sıcaklığı 41 dereceye yükselmesi durumunda terlemeye ihtiyaç duymasını sağlar. Bir devenin çölde başarılı bir yaşam sürmesinin sırrı, terlemeye ihtiyaç duymadan önce çok fazla ısı depolayabilmesinde yatar. Gün boyunca tamamen susuz kalmış bir devenin vücut ısısı 36°C ila 38°C arasında değişebilirken, geceleri 34°C'ye kadar düşebilir. Geceleri bu düşüş deveye bir tampon sağlar, böylece ertesi gün 41°C'de terlemesi gerekmeden önce daha fazla ısı 'depolayabilir'.

Uluslararası Enerji Ajansı'na göre, soğutma için küresel enerji talebinin, 2050 yılına kadar üç kat artacak. Bilim insanları bu nedenle evlerde kullanılabilecek pasif soğutma olarak adlandırılan sistemler üzerinde çalışıyor.

ABD'deki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Jeffrey Grossman liderliğindeki bir araştırma ekibi, bir süreden beri pasif soğutmanın bir yöntemi olarak hidrojellerin kullanılması konusunda deneyler yürütüyor. Hidrojeller büyük miktarda suyu tutabilen bir tür jöledir. Herhangi bir dış enerjiye ihtiyaç duymadan buharlaşmayı sağlayabilen bu jöleler, soğutmak için umut veriyor.

Deve postu ve ter bezleri taklit edildi

Buharlaşma, ısındığınızda ve terlediğinizde suyun su buharına dönüşmesiyle gerçekleşen şeydir. Vücudunuzu serinleten şey terinizin buharlaşmasıdır, bu nedenle hidrojelin hayvanların ter bezlerini taklit ettiği söylenebilir. Ancak sorun, jelin etkisinin kısa ömürlü olması, bu nedenle de uzun süre devam etmesinin nasıl sağlanacağı.

Bilim insanları bu nedenle develeri incelemeye başladı. Bir hidrojel tabakasını aerojel adı verilen başka bir jelden oluşan ince bir tabaka ile birleştirdiler. Bu düzenek develerde bulunan biyolojik soğutma sisteminin bir kopyasıydı.

Bu düzenekteki altta bulunan hidrojel tabaka devenin ter bezi gibi işlev görüyor ve suyun buharlaşmasını sağlayarak soğutma etkisi yaratıyor.  Üstteki aerojel tabaka ise devenin kürkü ile aynı rolü oynayarak çok önemli bir yalıtım sağlıyor. Ortamdaki ısının içeri geçmesini engeller, ancak gözenekli olduğu için hidrojeldeki suyun kaçmasına izin verir.

Bu düzenekte buharlaşma ve yalıtımın aynı anda sağlanması sayesinde soğutma süresi önemli ölçüde uzuyor.

Bilim insanları çift katmanlı jellerini özel bir sıcaklık ve nem kontrollü oda kullanarak laboratuvarda test etti. Çift katmanın bir nesneyi çevresinden 7°C daha düşük bir sıcaklığa kadar soğutabildiğini gördüler ve iki katmanlı teknik kullanıldığında ortamın soğuk kalma süresi dört kat arttı.

* Patrick Aryee’nin “Bizi Daha Zeki Kılan 30 Hayvan” kitabında yer alan bilgilerden derlenmiştir.