Tabiatttaki Mucizeler bilim adamlarına ilham veriyor

Mühendisler, fizikçiler ve matematikçiler tabiattaki tasarım tekniklerini araştırıyor, öğrendikleriyle geleceğin malzemelerini, yapılarını geliştiriyor. Havadaki nemi toplayıp suyla dolan şişeler, kendi ağırlığının bin katını taşıyabilecek tekneler, süper koruyucu kasklar gibi daha nice yaratıcı gücün mucizelerini gösteren örnekler;

Canlılardaki tasarımları örnek alan bilimsel çalışmalar o kadar çoğadıkı saymakla bitmiyor. Bunların en ilginçlerinden biri kısa süre önce açıklandı. Harvard Üniversitesi'nden Prof. Joanna Aizenberg'in araştırma ekibi, Nepenthes adlı "böcek yiyen" etçil bitkinin kaygan tuzaklarını örnek alarak hemen hemen tüm katı ve sıvıları uzaklaştıran bir yüzey malzemesi geliştirdi.Kasım ayında, icatlar Oscarı da denilen R&D 100 ödülünü de alan Aizenberg ekibinin geliştirdiği bu teknolojinin, temiz kalan pencere camlarının üretilmesinden, buz tutmayacak yüzeylerin yapımına, boruların tıkanmasının, bakterilerin toplanmasının önlenmesine kadar çok sayıda yeniliğe kapı açması bekleniyor. Nepenthes, sürahi benzeri tuzakları olan bir bitki. Tuzaklarının, düz duvara tırmanan, tavanda bile yürüyen böceklerin ayaklarını kaydıran şaşırtıcı yüzey yapıları var.

Kırılgan malzemeleri sağlamlaştırmanın yolu

Prof. Aizenberg, daha önce de ekibiyle birlikte, deniz süngeri Euplectella’nın cam iskeletini detaylı olarak incelemişti. Narin bir vazoyu andıran bu iskelette, cam çimento ile güçlendirilmiş kesişme noktaları, boş kola kutusu gibi ezilmesini önleyen helezoni kabartılar gibi yedi ayrı yapısal düzen keşfedilmişti. "Bu cam silindirde çatlak oluşturmak için üstünde tam anlamıyla zıplamanız gerekir" diyen Aizenberg, Euplectella’nın kırılgan malzemelerden çok sağlam yapılar kurmak konusunda mühendis ve mimarlara yol gösterebileceğini söylüyor.

Eylül ayında, Amerika'nın Brown Üniversitesi'den Dr. Haneesh Kesari'nin Euplectella’yı deniz tabanına bağlayan uzantıları nano boyutta (nano metrenin milyarda biri) incelemeye aldığı açıklandı. Bu uzantılar fiber optik kablolara benziyor ama, çok daha güçlü ve daha esnekler. Bazıları cam, bazıları polimer katmanlardan oluştukları belirtiliyor. Bu katmanların düzenlenme şekli bir mühendis olan Kesari'nin dikkatini çekmişti. "Bu gerçekten bir hayvanın iskeleti mi yoksa matematik kitabından bir figür mü diye düşünüyorsunuz." diyor Kesari. Bilim insanı, hangi düzenlemenin uzantıları en güçlü hale getireceğini hesapladıklarında elde ettikleri algoritmanın, süngerin uzantılarında gördükleri ile çok iyi eşleştiğini söylüyor.

Mantis karidesinin yumruğu

Yaklaşık on santim boyundaki mantis karidesinin "yumruğu" o kadar güçlü ki, aşağı yukarı 100 kiloluk kuvvetle yumuşakçaların kabuklarını parçalıyor ve yiyor. Hem o kadar hızlı darbe indiriyor ki, yumruğu 22 kalibre kurşundan daha çabuk hızlanıyor. (Suyun içinde!) Bu hız, patlamalarıyla flaş şeklinde yoğun ışık çıkaran aşırı sıcak kabarcıkların oluşmasına neden oluyor. Kabarcıkların patlamasıyla meydana gelen şok dalgaları da yumruğun yaklaşık yarı gücünde darbe etkisi yapıyor. Mantis karidesi iki üç ayda bir kabuk değiştiriyor ama her kabukla binlerce vuruş yapıyor. Peki, kalın bir deniz kabuğunda delik açacak güçle ardı ardına vuran uzvu neden parçalanmıyor?

Aralarında Kaliforniya Ünivesitesi'nden Dr. David Kisailus ve Singapur'un Nanyang Teknoloji Üniversitesi'nden Dr. Ali Miserez'in de bulunduğu bilim insanları, mantis karidesinin yumruk benzeri uzvunu detaylı olarak inceledi. Kısa süre önce Science dergisinde yayımlanan araştırma sonuçlarına göre, kitinden liflerin (kitin insanın saç ve tırnaklarında bulunan keratin benzeri bir madde) çatlakları durduracak şekilde helezonik olarak yerleştirilmesi gibi tekniklerle son derece sağlam yapılandırılmış. Araştırmacılar, mantis karidesinde keşfettikleri yapıyı örnek alarak hava-uzay mühendisliğinde, otomobillerde, askeri zırhlarda kullanılabilinecek malzemeler üretmeye çalışıyor. Bu arada şunu da belirtelim, Dr. Kisailus kendi ağırlığının bin katından fazla kuvvetle darbe indiren bu hayvanları, camı kırmasınlar diye özel bir akvaryumda tutuyor.

500 gr, 500 kg mı kaldırabilir mi?

2012 yılında, suda koşanlar (Gerris remigis) adındaki böceklerin su üstünde yürümesini sağlayan yapısal özellikler ile odunun hafif ve çok sağlam olmasını sağlayan yapısal sırların birleştirilmesiyle şaşırtıcı bir malzeme elde edildiği açıklandı. Finlandiya'nın Aalto Üniversitesi'nden Dr. Ollı Ikkala ve ekibinin geliştirdiği bu malzemeyle yapılacak yaklaşık 500 gram ağırlığındaki bir teknenin, beş buzdolabını (yaklaşık 500 kilogramı) taşıyabileceği belirtiliyor. Suda koşanlar, bacaklarını suyun altına daldırmadan, kürek gibi kullanıyor. Araştırmalar, bacaklarında mumsu bir maddeyle kaplı mikro tüylerin bulunduğunu; tüylerindeki nano oluklarda hava kabarcıklarının tutulduğunu gösterdi. Su yüzeyinin delinmemesi için bacaklarının ıslanmaması gerekiyor.

Suda batmamanın sırrı

Birkaç yıl önce, Oxford Üniversitesi Matematik Enstitüsü'nden Dr Dominic Vella, suda koşanın bacağı gibi ince, esnek bir silindirin batmadan taşıyabileceği maksimum yükü hesaplamıştı. Silindirin boyu uzadıkça taşıyabileceği yükün arttığını, ama bir noktadan sonra bükülmeye başlayıp daha fazla yük taşıyamayacağını belirledi. Daha sonra bu matematik modelini böceklerin bacak ölçüleriyle karşılaştırdığında, bacak boylarının bükülmeden maksimum yükü taşıyabilecekleri en uygun uzunlukta olduğunu gördü.

Tavanda, camda yürüyebilen canlılar

Tavanda hızlı hızlı yürüyebilen, cama tırmanan, yalnızca tek parmaklarıyla dikey yüzeylere tutunabilen sıcak iklim kertenkeleleri gekolar bilim insanlarının ilgi odağı. Gekoların parmaklarının altındaki nano yapılar, “van der Waals” kuvveti denilen moleküller arası zayıf çekimi maksimize ediyor ve yapışkansız tutunma sağlıyor. Parmaklarının altındaki dağ sıralarına benzeyen yükseltilerin her birinde çok ince milyonlarca tüy var. Bunlar spatulaya benzer uçları olan daha ince tüylere ayrılıyor. 2012'nin şubat ayında, Massachusetts Üniversitesi'ne bağlı araştırmacıların gekonun ayağının genel anatomik özelliklerini de inceleyerek Geckskin adı verilen şaşırtıcı bir alet yaptıkları açıklandı. Yapıştırıcı olmadan yüzeylere yapışan Geckskin düz duvarda 300 kilogram ağırlığı taşıyabiliyor. Kolayca yapışıp ayrılıyor ve tekrar tekrar kullanılabiliyor.

Havadan su toplayacak şişeler

Liste uzayıp gidiyor. Kısa süre önce, sırtındaki nem toplama sistemi sayesinde ağzına kadar gelen suyu içen Namib Çölü böceğindeki tasarım örnek alınarak havadan su toplayacak şişeler geliştirildiği duyuruldu. Aralık ayında, British Columbia Üniversitesi'nden Dr. Christian Kastrup ve M.I.T'den araştırmacıların, ıslak yüzeylere yapışan, dalgalara rağmen yerlerinden kopmayan midyelerin yapışkanını örnek alarak bir jel ürettikleri açıklandı. Damarlarda akan kana rağmen yapışkanlığını koruyacak bu jelin, yırtılma riski olan zayıf damarları güçlendirebileceği ve stent takılmasının ardından damarda oluşabilen enflamasyonu önleyebileceği belirtiliyor. Midyeler, uçlarında yapışkan olan ince iplikçiklerle kayalara, gemilere tutunuyor. Kumun aşındırıcı etkisine, dalgalara dayanıklı olan iplikçiklerin sert ve yumrulu bir tabakayla kaplı oldukları, yüzde 100 gerildiklerinde dahi çatlamadıkları belirtiliyor.

Ağaçkakan hikmeti

Gagalarını saniyede 18-22 kez ağaca vurdukları halde beyin sarsıntısı geçirmeyen ağaçkakanların kafasındaki şok hafifletici yapılar da bilim insanlarına yol gösterdi. Kaliforniya Üniversitesi'nden araştırmacılar, düşen uçakların uçuş bilgilerinin kaydedildiği kara kutuları çok iyi koruyacak bir sistem geliştirdi. Yaptıkları koruyucu sistemi, içine koydukları mikro elektronik cihazla birlikte bir kurşunun içine yerleştirdikten sonra havalı tabancayla aliminyum duvara ateş ettiler. Sonuç mu? Sistem 60.000g'ye kadar darbeden koruyordu. (60.000g, yerçekiminin 60.000 misli kuvvete maruz kalması demek!)