2015'te bilim dünyasını heyecanlandıran 10 buluş

ODTÜ Kimya Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Ural Akbulut, Science ve Nature gibi bilimsel kaynaklardan 2015'te dünya bilim dünyasında yaşanan önemli gelişmeleri derledi. Tıp, elektronik, fizik, kimya ve mühendislik alanlarındaki 10 etkili buluş, 600 dolayındaki buluş arasından seçildi. 

Kasılabilen insan kası laboratuvar ortamında ilk kez üretildi

Buna göre, 2015'in en önemli buluşlarından bir tanesi ABD’de Duke Üniversitesi’nden Doç. Dr. N. Bursac ve Dr. L. Madden'in, kasılabilen insan kasını laboratuvar ortamında ilk kez üretmeleri oldu. İnsan kasının, dışarıdan gelen elektrik sinyalleri, biyokimyasal sinyaller ve ilaçlara vücuttaki normal kaslar gibi tepki verdiği açıklandı. Araştırma ekibi, daha önce çok sayıda hayvan kasını laboratuvarda üreterek deneyim kazandıklarını aktardı.

Dünyanın en eski taş aletleri

ABD’de Stony Brook Üniversitesinden Doç. Dr. S. Harmand ve ekibi, Kenya’da Turkana Gölü civarındaki Lomekwi’de Taş Devri’nden kalma aletler buldu. Arkeolog ve antropologlardan oluşan ekibin, 2011’de Lomekwi’de bulduğu taş aletlerin, en az 2,7 milyon yıllık olduğu jeolojik incelemeler sonucu anlaşıldı. Araştırmacılar kazılara devam etti ve aynı bölgeden çıkartılan 149 buluntunun, daha da eski olduğu belirlendi. Çevredeki manyetik minerallerin ve volkanik küllerin analizleri, oradaki taş aletlerin 3,3 milyon yıllık olduğunu kanıtladı. Bugüne kadar bilinen en eski taş aletler, 2,6 milyon yıllıktı ve Etiyopya’da bulunmuşlardı. Daha sonra 2010’da, 3,3 milyon yıllık hayvan kemiklerinin üzerinde insanlar tarafından yapılmış kesikler bulunmuştu. Kesiklerin ancak taş aletlerle yapılabileceği bilindiği için bilim adamları, ilk taş aletlerin bilinenden çok daha önceye uzandığını belirledi ancak aletler bulunamamıştı. Harmand ve ekibinin, 5 yıldır aranan 3,3 milyon yıllık taş aletleri bulması, önemli keşifler arasında yerini aldı. Çalışma, Nature Dergisi'nde yayımlandı.

Japonların 603 kilometreye ulaşan treni

Hızlı trenler arasında Maglev (magnetically levitated) olarak bilinen tekerleksiz trenler, elektromıknatıslar sayesinde havada asılı durması ve mıknatısların birbirini itip çekmesiyle hareket etmesi mantığına dayanıyor. En hızlı yolcu treni olan Maglevler, saatte 300-400 kilometre hıza ulaşabiliyor. Japonların geliştirdiği Maglev treni, 21 Nisan 2015’te dünya rekorunu kırarak saatte 603 kilometre hıza ulaştı.

Japonların treni, 2003'te saatte 581 kilometre hıza ulaşmıştı. Japonlar, yeni trenleri ile çoğu pervaneli uçaktan daha yüksek bir hıza ulaşırken, rekor, trenin ulaşacağı maksimum hızı belirlemek için kırıldı. Tren hizmete girince daha düşük hızlarda ulaşım sağlayacak. Dünya rekortmeni tren, 2027’de tarifeli olarak yolcu taşımaya başlayacak ve yolcular, seyahatin bazı bölümlerinde saatte 505 kilometre hızla gitme şansına sahip olacak. 

Bir adet molekülden yapılan diyot

ABD'de Columbia Üniversitesinin Uygulamalı Bilimler ve Kimya Bölümlerinde geliştirilen teknikle tek bir organik molekül kullanılarak diyot yapıldı. Elektronik devreleri küçültmek amacıyla, diyot ve transistör gibi tüm elektronik devre elemanlarını birer adet molekülden oluşturma fikri 1974’te ortaya atılmıştı.

Molekül boyutunda bir diyot yapabilmek için yapısı asimetrik olan özel tasarlanmış organik moleküllere ihtiyaç olduğu biliniyordu. Ancak daha önce yapılan çalışmalardan iyi sonuç alınamamıştı. Columbia Üniversitesi Kimya Bölümü’nde görevli olan Yardımcı Doçent L. Campos, bu çalışmayı başarılı kılan asimetrik organik molekülü sentezlemeyi başardı. Elektronik Doçenti L. Venkataraman, bu molekülü kullanarak nanometre boyutlarındaki ilk diyotu üretti. Nanometre boyutundaki diyotun, standart diyotlara oranla 50 kat daha iyi performans gösterdiği açıklandı. Bu araştırma, Nature Nanotechnology'de yayımlandı.

Engellerin üzerinden atlayabilen robot

ABD Massachusetts Institute of Technology (MIT) Makine Mühendisliği bölümünde Yardımcı Doçent S. Kim, dört ayak üzerinde koşarken, önündeki engelleri algılayıp üzerinden atlayabilen robot geliştirdi. S. Kim, "Çita" adını verdikleri otonom robotun, koşarken karşısına çıkan 45 santimetrelik engelleri, LIDAR denilen sistemle algıladığını açıkladı. Robot, kendi algılama sistemiyle karşısındaki engelin uzaklığını ve yüksekliğini hesaplıyor. Ardından, engele çarpmadan üzerinden atlayabilmek için hızını ayarlayıp en uygun noktada sıçrayarak engeli aşıyor.

Robotun, kullanacağı enerjinin ayarlanması, havada iken ve yere indikten sonra dengesini koruyabilmesi, Kim ve ekibinin geliştirdiği yazılımlarla gerçekleşiyor. Dış bağlantısı olmadan otonom hareket eden robotla ilgili bilimsel veriler, Robotics: Science and Systems Konferansı’nda sunuldu.

Felçli hastaya dokunma hissi kazandıran robotik el

ABD Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı'nın (DARPA) desteklediği bir proje için geliştirilen robotik el, felçli hastaya dokunma hissi kazandırdı. Programın yöneticisi J. Sanchez, bazı gelişmiş protezlerin beyin gücüyle kontrol edilebildiğini, ancak hastaların dokunduğu objeleri hissedemediğini belirtti. Bu yeni robotik el, Johns Hopkins Üniversitesi’nin Uygulamalı Fizik Laboratuvarı'nda geliştirildi.

Robotik elin parmaklarındaki tork algılayıcıları, parmağa uygulanan basıncı algılıyor ve elektrik sinyallerini beyindeki duyu korteksi ve motor korteksine takılan elektrotlara iletiyor. Parmaklardaki algılayıcıların kortekslerdeki elektrotlara tellerle bağlı oluşu, felçli hastanın normal parmakla dokunmuş gibi bir his duymasını sağlıyor. Bu çalışma St. Louis'de, A Future Technology Forum'da sunuldu.

Mobil cihazlar için çok hassas küresel konumlama sistemi  

University of Texas at Austin'de, Yardımcı Doçent T. Humphreys iki lisansüstü öğrencisiyle mobil cihazlar için santimetre hassasiyetinde küresel konumlama sistemi (GPS) geliştirdi. Haritacılar tarafından kullanılan ve santimetre hassasiyetinde olan sistemler, çok büyük antenler gerektirdiği için mobil cihazlar için uygun bulunmuyor. Humphreys ve ekibinin 6 yılda geliştirdiği yazılımlar sayesinde, mobil cihazların antenlerini değiştirmeye gerek kalmadan bu çok hassas konumlama sistemi kullanılabilecek. Bu sistemi kullanabilmek için küçük bir cihazın, mobil cihazlara takılması gerekecek. Yapılan açıklamada, bu sistem yardımıyla otomobiller arasındaki mesafeler ve hızlar ölçülerek kazaların önlenebileceği belirtildi. Humphreys, sistemin kısa sürede herkes tarafından kullanılabilir hale gelmesi için çalıştıklarını ve "Radiosense" adlı bir Ar-Ge şirketi kurduklarını açıkladı. Üniversitenin Teknoloji Geliştirme Ofisi'nin desteğiyle bu sistemin ticarileşmesi sağlanacak.

Dünyanın en küçük ışık kaynağı olan grafen lamba 

Karbon atomlarının altıgenler şeklinde birbirine bağlanarak oluşturduğu, bir atom kalınlığındaki tabakalar olarak tanımlanan grafen isimli malzeme, ilk kez grafitin üzerine selofan yapıştırıp kaldırılarak elde edilmişti.

ABD Columbia Üniversitesinden Prof. Dr. J. Hone ve araştırmacı Dr. Y. D. Kim, küçük bir grafen tabakasını iki metal elektrotun arasına yerleştirip bir silikon yonganın üzerine astı. Elektrotlara voltaj uygulanınca geçen akım, grafenin akkor hale geldiği ve bir elektrik ampulü gibi silikon yongayı aydınlattığı görüldü. Grafenin sıcaklığı 2 bin 500 santigrat dereceye ulaştığı halde metal elektrotlar ve silikon yonga bu sıcaklıkta erimedi. Bunun nedeni, nanometre boyutuna inilince tüm malzemelerin fiziksel özelliklerinde değişiklikler olması olarak açıklandı.

Grafit ısıyı iyi ilettiği halde grafenin ısıyı iyi iletememesi nedeniyle grafenin kendisi 2 bin 500 dereceye ulaştığı halde ısısını metale veya yakınındaki silikona iletemediği kaydedildi. Fotonik tümleşik devrelerin yapımında, silikon yongaların üzerine grafenden yapılmış bir ışık kaynağının yerleştirilmesi önemli bir gelişme olarak değerlendirilirken, çalışma, Nature Nanotechnology'de yayımlandı.

Oda sıcaklığında karbondan üretilen elmas

Karbon elementi, saf haldeyken grafit ve elmas olarak iki temel fazda bulunmasıyla grafit, çok yüksek basınç ve çok yüksek sıcaklık altında elmasa dönüştürülebiliyor. Ancak oda sıcaklığında ve normal basınç altında sentetik elmas üretmenin kolay olmadığı belirtilirken, ABD North Carolina State Üniversitesi'nde, Prof. Dr. J. Narayan ve ekibi, lazer ışınlarını kullanarak Q-karbon adı verilen karbon elementinin üçüncü fazını üretmeyi başardı.

Narayan, dünyada Q-karbon bulunmadığını ancak bazı gezegenlerin merkezinde bulunabileceğini vurguladı. Araştırma ekibi, Q-karbon elde etmek için safir, cam veya bir plastiğin yüzeyini önce amorf (kristal olmayan) karbonla kapladı. Ardından karbon kaplı yüzeye, 200 nanosaniye süreyle bir lazer sinyali gönderdi. Lazer ışını, karbon tabakasının sıcaklığını bir an için 3 bin 727 santigrat dereceye çıkardı ve sonra sıcaklık oda sıcaklığına düştü. Yüzeyi karbon filmle kaplanan malzemeyi, lazer ışınının uygulandığı süreyi ve soğuma süresini değiştirerek, Q-karbonun elmasa dönüştürülme yüzdesinin kontrol edilebildiği açıklandı. Bu çalışmada kullanılan lazer ışınlarının, göz ameliyatlarında kullanılanlarla aynı tür olduğu belirtildi. Üretilen mikro boyutlardaki elmasların, kontrollü ilaç salınımı, yüksek sıcaklık anahtarları ve güç elektroniği alanlarında kullanılabileceği açıklandı. Araştırma, Journal of Applied Physics'te yayımlandı.

Güneş enerjisiyle sıvı yakıt üreten biyonik yaprak

Harvard Üniversitesi Tıp Fakültesi ve Kimya Bölümü'nün ortak çalışmaları sonucunda güneş enerjisi kullanılarak, sıvı bir yakıt olan izopropanol üretildi. İzopropanol, izopropil alkol olarak da adlandırılıyor ve otomobillerde benzin veya mazot yerine yakıt olarak kullanılabiliyor. Araştırmacılar, depolanması ve otomobillerde kullanılması kolay olan izopropanol adlı sıvı yakıtın, güneş enerjisiyle üretilmesinin önemli olduğunu vurguladı. Prof. Dr. D. Nocera, "biyonik yaprak" olarak adlandırdıkları sistemde önce kendi ürettikleri katalizörün, güneş enerjisi ile suyu oksijen ve hidrojene ayırdığını açıkladı. Ardından, Ralstonia eutropha adlı bakteri tarafından hidrojen ile karbon dioksitin birleştirilerek izopropanole dönüştürüldüğünü belirtti. Bu tür biyonik yapraklarla güneş enerjisi kullanılarak bazı vitamin ve ilaçların sentezlenebileceği açıklandı. Çalışma, Proceedings of the National Academy of Sciences'da yayımlandı.