Nanoteknoloji 2
NANOTEKNOLOJİ HAKKINDA
Yıllar önce bir odayı tek başlarına dolduran bilgisayarlar, önce masa üstlerimize, ardından dizüstlerine, şimdilerde de cebimize girecek kadar küçüldüler. Mikron boyutlarında hayatımıza giren gelişmelerse sadece bilgi işlemle sınırlı kalmıyor. Tarımdan tıbba, mikro mekanikten yongalara dek hemen her alanda nano teknolojinin günlük hayatımıza neler katacağını araştırdık.
Hemen her gün mikron boyutlarında yaşanan gelişmeler sadece masaüstü ya da diz üstü sistemler için geçerli olmaktan çıktı.Bilgi işlemci arenasındaki yarışta hayati önem taşıyan nano teknoloji, artık hayatımızın her noktasında kendini gösteriyor.Tarım, biyoloji, mekanik, elektronik, tıp ve kimya alanlarında uygulanan yeni yöntemlerde de, nano teknolojinin nimetlerinden faydalanılıyor.Bu sayede geliştirilen yeni ürün, hizmet ve yöntemler, günlük hayatımıza girmeye hazırlanıyor.Geçmişine baktığımızda ‘taze’ olarak nitelendirebileceğimiz nano teknoloji üzerine yapılan çalışmalara artarken, ciddi firma ve akademik kurumların bu alana yaptığı yatırımlar milyar dolarlara ulaşmış durumda. Hal böyleyken nano teknolojinin getirilerinin somut örneklere dönüşmesi ise çok şaşırtıcı değil. Şimdi, bilim kurgudan gerçeğe dönüşen yeniliklerin hayatımıza neler getirdiğine göz atalım.
Her geçen gün hızla ilerleyen teknolojinin sokaktaki insana yaşayan yüzü öncelikle cihaz boyutlarında yaşanan hızlı küçülme. Hepimizin bildiği gibi ilk bilgisayar bir oda kadar büyüktü ve yaptıkları işlemi ve hızlarını bugünkü modellerle kıyaslamak bile şu an için çok anlamsız bir davranış olarak değerlendirilebilir. Günümüzde çok güçlü bir bilgisayarın bir saat büyüklüğünde olabileceğini ve günlerce şarj edilmeden çalışabileceğini duyduğumuzda ‘neden olmasın’ diyebiliyoruz.Bundan 15 yıl önce ise 10MHz hızındaki işlemciler kullanıyorduk. Bugünse 2GHz ‘lik bir işlemci için ise ‘idare eder’ dediğimiz bile oluyor. 15 yıl sonraysa ‘Vay be,o zamanlar 2GHz ‘lik işlemciler kullanırdık’ diyerek kendi kendimize güleceğiz.
Değişim sınırlarına artık daha yakınız
Bir oda büyüklüğündeki bir bilgisayarın cebimize sığacak boyutlara getirilmesi elbette zor.Ama bu aşamadan sonra işlerin daha da zorlaştığı kesin.Çünkü bileşenlerdeki küçültme devam ettiği sürece farklı teknolojilerin kullanılması gerekiyor.Bir üretim teknolojisinin sınır noktasına ulaşıldığında daha başarılı yeni bir teknolojinin hazır olması gerekiyor. Tahmin edebileceğiniz gibi her yeni teknoloji yeni bir yatırım ve öğrenme - alışma süreci gerektiriyor.
Büyük gelişim,ne çok basit bir noktadan; elektrik akımının var ve yok olmasından (0 ve 1) başlamış olan bilgisayarlarda, birçok ince ayağı bulunan devre elemanları yani yongalar kullanılıyor. Silikondan üretilen yongaların içine ancak mikroskopla incelenebilecek kadar küçük olan birçok transistorlar birkaç mm² ‘lik alana sığdırılmak zorundadır. Bugün bilgisayarlarımızda kullandığımız bir yongayı eski tip transistorlarla baskılı devre üzerine dizmek istersek bir ev veya bina büyüklüğünde bir PC sahibi olmamız normaldir. Tabii böyle dev bir bilgisayarın PCB üzerindeki düzgün sinyal trafiğini ve yeterli elektrik akımını sağlaması gerçek bir başarı olacaktır. Kısaca eski teknolojiyle şu anki PC ‘lerimizin geldiği seviyeyi yakalamak mümkün değil.
Karşılaşılan sorunlar
Daha hızlı yongaların oluşturulmasında yaşanan en büyük engel devre elemanlarının üzerinde bulunan akıma olan direnci ve bunu oluşturduğu yüksek ısı.Mikron düzeyinde bir araya getirilmiş milyonlarca transistor öngörülen ısının üzerine çıkarak hatalara veya yonganın zarar görmesine neden olabiliyor.
‘Electromgration’ adı verilen bu olayın yonganın zarar görmesine neden oluyor. ‘Electromigration’ metal atomlarının ince tabakalara bölünmüş yonganın yapısında yer değiştirmesiyle meydana geliyor. Böyle bir durumla karşılaşmak istemiyorsanız overclock (hızaşırtma) yapmaktan kaçınmalısınız.Diğer bir sorunsa giderek gelişen yonga oluşturma teknolojilerinin yongalarda daha küçük devre elemanlarının bulunabilmesini sağlaması. Fakat bu küçülmenin bir sınır var. Yeni teknolojiler bu sınırı giderek zorlasa da bu minik transistor ler birkaç tane molekülden oluşan bir hale gelince transistor görevini gerçekleştiremeyecek.
Yonga oluşturmada kullanılan yeni teknolojiler ve materyaller her yıl ‘en fazla şu kadar küçülebilirler’ tahmininde değişikliğe neden oluyor. Şu an geleceğin silikon yongaları filanca mikron teknolojisiyle üretilir denirse bile bu açıklama çok geçmeden değiştirilmek zorunda. Fakat yonga üreticisi firmaların mevcut teknolojilerini hesaba katarak yaptıkları üretim planları gelecek vaat ediyor.Büyük yonga üreticisi firmalar mevcut yonga basım tekniklerinin sınırlarını iyi bildiklerinden yonga oluşturma teknolojileri üzerinde çalışıyorlar. Bu teknolojiler ne kadar ileriyse o kadar çok transistoru yonga paketine sığdırabilmek mümkün oluyor. Ayrıca bu yongalar daha az güç harcıyor ve daha az ısınıyor. Doğal olarak bu özellikteki yongaları yüksek frekansta çalıştırarak işlem performansını da artırıyorsunuz. Ayrıca yongaların tasarımı, işlemcilerin ısı üretme ve yüksek saat hızlarında tutarlı çalışabilmelerini etkiliyor. Yonga üretiminde kullanılan yöntem aynı tasarıma sahip iki yongadan birinin diğerine göre daha hızlı olabilmesini sağlıyor.Daha küçük transistorlara sahip yongalar (mesela işlemciler), ürettiği ısıyı daha iyi dağıtabiliyorlar. Küçük transistorlara sahip yongalar daha düşük voltaj ve yüksek frekansla nispeten yüksek işlem döngülerine ulaşabiliyor.
Alternatif yonga üretimi teknikleri
Yongalara bakır bağlantıların kullanımı alüminyuma göre daha iyi sonuç vererek sınırların biraz daha zorlanabilmesini sağlıyor.Önderliğini IBM firmasının yaptığı yalıtımlı silikon SOI (Silicon On Insulation) uygulaması yongalara %20 gibi olası bir performans artışını getiriyor.Mevcut yonga basım sistemlerinin değiştirmeden SOI ’nin sağlayacağı ek performans yonga üreticilerinin dikkatini çekti.
Diğer yandan Intel ‘in Moore Yasası ‘nı devam ettirmek ve başka alanlara yaymak için yeni silikon teknolojileri ve malzemeler üzerinde gerçekleştirdiği araştırma ve geliştirme çalışmaları arasında; Aşırı Morötesi Litografisi (Extreme Ultraviolet lithography), gerilmeli silikon (strained silicon) yeni transistor dielektrik teknolojileri gibi yenilikler bulunuyor. Intel ‘in gelecek on yılın ikinci yarısında üretmeyi planladığı yüksek hızlı Terahetz transistorlar üzerindeki araştırma projeleri, yüksek performanslı , düzlemsel olmayan, üç geçetli deneysel CMOS transistorlar üzerine odaklanmış durumda. Bu tür bir farklı transistor yapısı ile mevcut düzlemsel tasarım yapısı ile mevcut düzlemsel tasarım yerine üç boyutlu bir mimari kullanılması, transistor geçitlerini yüzey alanını arttıracak. Bu da performansı yükselterek yüksek hızlı işlemcilerin yapılmasına olanak tanıyacak. Üretim tekniklerinin değişmesine rağmen gerçekleştirilmesi gereken transistor boyutlarının mümkün olduğunca küçültülmesi.
Nedir Moore Yasası?
1965 yılında ntel ‘in kurucularından olan Gordon Moore ‘un ortaya attığı Moore yasasına göre işlemcilerdeki transistor sayısı 18 ayda bir ikiye katlanır.Moore, bu yasanın sonraki on yıl boyunca geçerliliğini koruyacağını tahmin etmişti ama Intel bu yasayı günümüze kadar çiğnemeden devam ettirmeyi başardı.
Atomlar ve nano teknoloji
Doğanın temel taşını oluşturan atomların gözle görülemeyecek kadar küçük olduğunu hepimiz biliyoruz. Bu atomların dizilişleri sonucunda farklı tür malzemeler meydana gelmekte. Örneğin, eğer kömür atomlarının sıralanışı değiştirilebilseydi elmas bile elde edilebilirdi.Günümüzde moleküler düzeyde üretim yöntemleri açısından çok da ileri bir durumda olmadığımızı rahatlıkla söyleyebiliriz.Günlük yaşamın çoğu alanında yapabildiğimiz işlemler, öğütme, ezme ve ısıtma gibi yöntemlerle maddeleri şekillendirmek.
Georgia Tech Üniversitesi profesörlerinden Ralph C. Merkle ‘in günümüzdeki işleme teknolojisi ile çok güzel bir benzetmesi var: “Şu anda gerçekleştirebildiğimiz işlemler, elerinde boks eldivenleri olan bir kişinin lego oyuncaklar ile bir şeyler yapmasına benzetilebilir.Bu küçük lego parçalarının kullanarak bir şeyler yapabilirsiniz, ama yaptıklarınız oldukça kaba bir halde olur.Halbuki bu parçaları hassas bir şekilde bir araya getirebilirsek çok daha hızlı bir biçimde daha hassas ürünler ortaya çıkabiliriz. İşte bu noktada nano teknoloji devreye giriyor.Nano teknoloji sayesinde bu eldivenleri çıkarma imkanına sahip olacağız.Doğanın temel taşlarını oluşturan atomları ucuz bir biçimde ve kolayca düzenleyebileceğiz. Bu şekilde üretilen ürünler daha dayanıklı ve daha hassas özelliklerle donatılmış olacak.
Nano teknolojinin hedefleri
• Uygun atomları ya da molekülleri doğru biçimde bir araya getirerek istenen yapıyı oluşturmak.
•Yapı bölümlerinin kontrollü biçimde kendi kendilerinin kopyalamalarını ve büyümelerini sağlamak.
•Moore Yasası ile öngörülmüş ve gerçekleşmiş olandan çok daha hızlı bir gelişme sağlamak(Moore Yasası üzerinde diretmelerinin sebebi ne anlamadım)
•Canlı yapılara cansız yapılanların bir arada işlev görmesini sağlamak.
Büyük devletler savunma sanayinin gelişmesi adında bu çalışmalara yüz milyonlarca dolar aktarıyor. Nano tabanlı projeler arasında bir hafta uykusuz kalabilmesine rağmen yüksek performansından hiç bir şey kaybetmeyen süper askerler, insansız uçabilen ve arıza yaptığında kendini tamir edebilen uçaklar gibi çalışmalar bulunuyor.
Nano teknolojiye 8.6 milyar dolar
ABD,Japonya,Almanya,İngiltere,Çin,Avustralya,Rusya ve hatta Singapur ile Tayvan gibi ülkeler , nano teknoloji konusunda sürekli olarak çalışıyor. Pazar araştırma şirketi Lux Research ‘ün yayınladığı rapora göre, özel şirketler ve üniversiteler 2004 yılı boyunca nano teknoloji araştırmalarına 8.6 milyar dolar ödenek aktaracak. Bu rakamın şimdiye kadar sektörde akan en yüksek rakam olduğu belirtiliyor.Aralarında General Electric ve Intel gibi devlerin de bulunduğu 1500 şirket, nano teknoloji adına giderek artan oranlarda yatırım yapıyor.Yapılan araştırmalar, 2004 yılında hükümetlerin nano teknolojiye daha fazla para ayırdığını ve bunun bu anlamdaki son yıl olacağını gösteriyor.
2004'de harcanan 8.6 milyar doların yaklaşık 4.6 milyar doları hükümetlere bağlı kurumlar tarafından karşılanacak.ABD hükümeti 1.6 milyar dolar ile nano teknolojiye en çok kaynak ayıran devlet(beni hiç şaşırtmadı). Asya ülkelerinin tümünün toplam nano teknoloji bütçesi ise 1.6 milyar dolar.Avrupa ülkelerinin ise 1.3 milyar dolarda kaldığı biliniyor. Teknoloji uzmanları, Avrupa ekonomilerinin nano teknoloji konusunda ABD ve Asya ‘yı yakalayabilmesi için yılda en az 6 milyar Euro yatırım yapılması gerektiği dile getiriyor.Tahminlere göre 2015 yılında toplam nano teknoloji pazarı 1 trilyon dolara ulaşacak.Hal böyle olunca üniversiteler, firmalar ve yatırımcılar teknoloji patentleri almak için büyük uğraş içindeler. Sadece 2003 yılında dünya genelinde 8 binin üzerinde nano teknoloji patenti alındı.En çok patent alan firmalarsa IBM, Canon, Micron ve 3M şirketleri.
Ülkemizdeki durum
Ülkemizde sadece Gebze İleri teknoloji Enstitüsü, Sabancı, Bilkent, ODTÜ ve ITÜ ‘de küçük çaplı çalışmalar var. Nano teknoloji çağı için ülkede 77 üniversitenin birlikte çalışması şart.Nano teknolojinin açıklanması ve herkesin öneminin kavraması gerekiyor. Özellikle üniversitelerde ilgili bölümler açılmalı ve gençlerin dikkati çekilmeli. Trboloji alanında bir deha olarak kabul edilen bilim adamı Prof. Dr. Ali Erdemir nano teknoloji kullanarak geliştirdiği yapay elmas özelliği taşıyan buluşuyla Nobeli R&D ödülünü üçüncü kez kazandı. Prof. Erdemir ‘e ödül kazandıran yeni buluşu, karbür temelli malzemelerin nano yapılı, bütünleştirilmiş bir karbon tabakasına dönüştürülmesiyle ilgili. Sayısız cihazda kullanılabileceği belirtilen karbon teknolojisi ile karbon gazların büyüklüğü 5-10 nanometre boyutuna kadar indirilebiliyor. Prof. Erdemir ’in geliştirdiği nano özellikli karbon elmas tabakada sürtünme katsayısı çok düşük: bunun yanında ısıya dayanıklılığı ise son derece yüksek. Her iki özellik de beklentileri karşılayacak kadar güzel bir başlangıç. 1977 yılında İTÜ Metalürji bölümünden mezun olan ve 1987 yılından beri de ABD ‘de Chicago kenti yakınlarında bulunan Argon laboratuarında araştırmalarını sürdüren Prof. Erdemir, geliştirdiği maddenin ,suni bir elmas gibi düşünülebileceği ve aynen gerçek elmasın özelliğine sahip olduğunu kaydediyor. Geliştirilen bu teknik ile kesici ve delici aletlerin uçları ısıya çok dayanıklı bir hale getirilebilecek. Diğer yandan uzay araçlarında kullanılan birçok cihazda uzun ömürlü olabilecek.
Diğer alternatif uygulamalar
Çok hafif ve dayanıklı olacak nano materyaller yapılacak araba, uçak, ve uzat araçları ile çok az enerji tüketimi ile daha uzun ve güvenli yolculuklar yapılabilecek. Ayrıca doğada mevcut birçok teknoloji hayata geçirilebilecek. Lotus çiçeği yaprağının hiç ıslanmaması ve kirlenmemesi özelliğini bu şekilde aydınlatmak mümkün olabilir. Çözüm bulunduktan sonra kirlenmeye ıslanmaya kaşıklar, çatallar, elbiseler üretilebilecek. Diğer yandan sağlık alanına yönelik olarak yapılacak akıllı nano robotlar, hastalığı teşhisini koymada önemli görevler üstlenecek ve gerektiğinde hastalıklı bölgelere ilaç vererek tedavi gücünü arttıracaklar. Ayrıca, otomotiv sektörünün en önemli sorunlarından biri olan araçların üzerindeki boyaların çizilmesi ve kaportaların aşınması sorunu da nano teknoloji sayesinde çözülecek.
Nano teknoloji ile işlenmiş gümüş, bakterilerin üremesini engelleyebiliyor yada yaşamlarını zorlaştırıyor.Nano gümüş olarak adlandırılan işlem bir aşı görevi üstleniyor. Nano gümüş kaplanan yüzeyler bakterilere geçit vermiyor.Asıl uygulama alanları, bakterisiz ve mikropsuz ortamların yaratılması gereken ortamlar.Özellikle hastaneler ve mutfaklar için oldukça faydalı olacak bir buluş.
Kendi kendini temizleyen pencere
Pimapen, kendi kendini temizleyen, bir başka değişiyle hiç kirlenmeyen bir pencere modeli üretmek için kolları sıvamış durumda. Bu tip ürünler, yurt dışındaki teknoloji fuarlarında yeni yeni tanıtılıyor. Pimapen ‘in 20. yılı dolayısı ile düzenlenen basın toplantısında tanıtılan bu proje de nano teknolojiye dayanıyor. Firma bu amaca yönelik laboratuar çalışmalarını sürdürüyor. Başka bir ilginç uygulama ise şöyle: Külçe altın oda sıcaklığında tepkimeye girmemesine rağmen 3-5 nanometre boyutlarına getirildiğinde pek çok tepkimeyi tetikleyebiliyor. Nano altınların özelliğini fark eden bir Japon firması koku yok ediciler geliştirmiş. Bu koku yok ediciler tuvaletler için biçilmiş kaftan. Bir iki nanometre çapında, kamış biçimli, moleküler olan karbon nano tüpler, biçimlerine bağlı olarak elektriği metal yada yarı iletken özellikte taşıyorlar.
Nano teknolojik çalışmalara güzel bir örnek olarak Israilli bilim adamlarının projesi verilebilir. Israilli bilim adamları biyolojik molekülleri bir test tüpü içinde bir bilgisayar oluşturmayı başardılar. Bu çalışma, bir milimetrenin onda biri hacmindeki su damlacığı içinde 1 trilyon bilgisayarın bir arada bulunarak aynı anda işlem yapmaları anlamına geliyor. Bu araştırmanın ileride insan, hayvan ve bitki bedenindeki biyokimyasal ortamla etkileşerek önemli biyolojik ve farmakolojik uygulamalara olanak sağlayacak bilgisayarların geliştirilmesine yol açabileceği ortada.
Sağlık alanında amaçlanan gelişmeler
Nano teknolojilerinin sağlık alanında da önemli gelişmelere yol açacağı belirtiliyor.Gelişmelerin özellikle kanser tedavisinde yeni açılımlar yaratacağı düşünülüyor. Yakın bir zamanda, kanser tedavisinde kullanılan kemoterapi ve radyoterapi yöntemlerinin ortadan kalkacağını söylemek yanlış olmaz. Hayal edilenlerse şaşırtıcı: Nano konteynırlar ile ilaçları vücudumuzun istenilen bir bölümüne güvenli bir şekilde ulaştırabileceğiz. Nano robotlar ile hücrelerimizi onarıp, vücudun bağışıklık sistemini kontrol altında tutabileceğiz. Kemik içi protezler de bu teknoloji kullanılarak yapılacak. Kanser vakalarında kullanılan ilaçlar, kanserli hücrelere ulaşamadan etkisini yitiriyor. Ama nano partikülleri bu konuda daha ısrarcı; kanserli hücrelerin büyümesini önlüyor ve onları yok ediyor. Ayrıca ameliyatlarda kullanılan aletlerin geliştirilmesinden kimya ve elektronik alanındaki gelişmelere kadar nano teknolojinin kullanım alnı çok geniş. Vücuda gönderilecek programlanabilir makinelerin kullanımları çok geniş olabilir. Hatta vücuda ek bir bağışıklık sistemi de kazandırabilirler. Hedef hücrelerin özellikleri programlandığında, mesela grip virüslerine saldırabilirler ve bünye hastalanmadan virüs istilasını durdurabilir. Aynı zamanda vücuttaki her bulguyu rapor edip doktorluk da yapabilirler.
Tarım ve gıda bilimlerindeki beklentiler
Tarım ürünlerimiz yemek masamıza gelmeden önce birçok çevresel etli altında kalmakta. Diğer yandan yetiştiricilerin ekim, sulama, gübreleme gibi işlemleri yaparken en doğru kararları vermeleri oldukça önemlidir. Bu ürünlerin kötü hava koşullarına, yabani hayvanlara, otlara ve böceklere karşı zaman kaybetmeden korunması gerekiyor. Tarladaki ürünlerin her gün takibi ve kontrolü sayesinde kritik sağlık problemlerinin önüne geçilebilir.
Görüldüğü gibi nano teknolojinin hayatımıza kazandıracağı çok sayıda nimet bulunuyor. Bunların hepsinin kısa sürede gerçekleşmesini elbette bekleyemeyiz. Diğer yandan geliştirme işlemci süresince çalışmaların iyi biçimde kontrol edilmesi ve adımların planlı şekilde atılması şart. Ünlü bilim kurgu yazarı Michael Crichton ‘ın Prey (Türkçe sürümündeki adı Av) adlı romanındaki ana tema nano teknoloji. Kitapta nano teknolojinin geliştirilmesi sonucunda yaşanabilecek aksilikler kaleme alınmış ve kontrol dışına çıkan çalışmalar sonucunda robotların hızla çoğalarak insanlığa karşı bir tehdit oluşturabileceği anlatılıyor. İnsanlık tarihi de gelecekte ortaya çıkacak tehlikeleri anlatanlarda dolu. Bu konudaki en çarpıcı örnek Unabomber. Gerçek ismi Theodore Kaczynski olan Unabomber, 17 yıl boyunca üniversitelerde bilgisayar ve genetik konularında araştırma yapan bilim adamlarına öncelikli olmak üzere, çeşitli kişilere bombalı paketler gönderip sonunda teknolojik ilerlemenin insanlığı mahvedeceğin anlatan bir manifestoyu New York Times ve diğer önemli yayın organlarında bomba tehdidi ile yayınlatmış biri. Elbette bu görüşte başka kimselerde var. Ama görünen o ki ilerleme her zaman devam etmekte ve bu böyle sürecektir.
Nanobilgisayarlara yönelik önemli gelişmeler var
Science dergisinde yayımlanan iki makale, nanobilgisayarlar konusundaki gelişmeler için bir umut ışığı oldu. Yapılan araştırmalar, moleküler ölçekli elektronik uygulamarı ilk kez ‘parça’ düzeyinde çıkarıp, çalışabilen ‘devre’ düzeyine taşıyor. Ama 1 trilyon devreyi 1 cm² alana sığdırıp bağlantılarını geliştirmek, çalışırken moleküler yapılarının değişmesinin önlemek, bütün bunları hızlı ve ucuz bir biçimde yapmak pek de kolay görünmüyor. Silikon çok küçük boyutlarda detektörler yapmak için ideal, ama umut verici bir madde daha var: Karbon nanotüpler. 1991 ‘de, bir Japon araştırmacı tarafından tesadüfen keşfedilen nanotüpler, içi boş silindir halinde sarılmış karbon atomu yaprakları. Çelikten 10 kat güçlü, 6 kez hafif olan nanotüpler, köprü, uçak ve uzay asansörü yapmaya çok uygun. Tek sorun, laboratuar kaynaklı en uzun nanotüpün 10 milimetre boyunda olması. Nanotüp yataklar ise hemen hiç sürtünüp aşınmıyor, çünkü karbonun bütün kimyasal bağları kullanılıyor.
Kuantum bilgisayarları neleri değiştirebilir?
Silikon bilgisayarlara alternatif arama çabasında ‘Josephson bitişimleri’ ve ‘Optik anahtarlar’ gibi bazı teknolojiler işlem gücü konusunda büyük gelişmeler vaat ettiler; gakat teknik engeller bu teknolojilerin sadece teoride kalmasıyla sonuçlandı. Günümüzde bilim adamları Kuantum mekaniği esaslarına göre çalışan, bilgisayarlar üzerinde çalışıyorlar. Kuantum bilgisayarlar silikon bilgisayarlara göre bir takım potansiyel üstünlüklere sahip olsa da, herhangi bir teknolojiyi geliştirmek için geçen zaman, azımsanmayacak kadar çok. Elektron tüplerden günümüz yongalarına ulaşmak ne kadar zaman aldıysa, belki çok daha fazlası Kuantum bilgisayarların kullanılır hale gelmesi için harcanacak. Kuantum bilgisayarları silikon bilgisayarlara rakip olabilir biçimde bir düşünce şu an için epey uzak bir tahmin. Ama Kloroform içindeki hidrojen ve klor atomlarının bizim için hesap yapması oldukça fantastik bir düşünce olsa da, bu mümkün. Kuantum bilgisayarlarında şu an mümkün olan en basit algoritmo gerçekleşebiliyor. Kuantum bilgisayarlarının ticari ve bilimsel amaçlarla var olması içinse uzunca bir süre beklememiz gerekebilir.
Bit’lerden Qubit’lere
Kuantum bilgisayarlarında günümüzdeki bilgisayarların çalışma prensibi olan bit, yani 0 ve 1 kullanılıyor. Fakat bir farkla ‘Qubits’ olarak bilinen bit Kuantum teorisine eş zamanlı biçimde hem 1 hem de 0 olabiliyor. Kuantum fizikçileri bu hem 1’i hem de 0’ı aynı anda ifade edebilme halinin Superposition olarak nitelendiriyorlar. Potansiyel olarak sayısız Superposition bulunması, çok sayıda eşzamanlı işlemin yapılabilmesi demek. Günümüz bilgisayarlarında en iyi ihtimalle 30nm aralığına inebilen transistorların yerini, moleküler büyüklüğündeki Qubit ‘ler alıyor.Qubit ‘lerin molekül düzeyinde olması küçük ve yüksek performanslı bilgisayarların oluşturulabilmesi anlamına geliyor. Günümüz bilgisayarları, trilyonlarca bayt bilgi içinde bir kelimeyi bir aya yakın sürede bulabilirken, eşzamanlı işlem yapabilen Kuantum bilgisayarları bu işi teoride yarım saate indirebilir. Kuantum bilgisayarları moleküler düzeyde olduğundan bu hesaplamanın sonucu almak hesaplamayı yapan oluşum, yani Superposition ‘ı olumsuz etkileyebiliyor.
Bilim adamları Superposition ‘ı etkilemeden almada manyetik rezonans (MR) tekniğinin kullanıyorlar. Şu an Kuantum bilgisayarlarının silikon yongalarla karşılaştırmak haksızlık. PC ‘lerimiz saniyede birkaç milyar işlem yapabilirken kuantum bilgisayarlar için bu rakam birkaç bin civarında. Fakat Kuantum bilgisayarları alanında sevindirici gelişmeler de var. Rowland Enstitüsü ve Harvard – Smithsonian astrofizik merkezinden bilim adamlarının oluşturduğu diğer bir grup bilim adamı ışığı yavaşlatıp durdurabilmeyi başardılar. Harvard – Smithsonian astrofizik merkezinden bilim adamları, fotonlar bir gaz bölmesinde durdurmayı başardılar. Fotonların bu biçimde maniple edebilmesi Kuantum bilgisayarda ve bunların fiber optik kablolarla birbirlerine veri iletiminde kullanılabilmesi oldukça heycanlandırıcı.
Sonuç
15 sene önce 8MHz hızında çalışan PC ‘leri kullanıyorduk ve 3GHz gibi hızlara ulaşmak inanılmaz gibi görünüyordu. Acaba 10 sene sonra da o zamanlar 2.4GHz PC ‘leri kullanırdık diyerek gelinen noktaya inanamayacak mıyız? Bilim adamlarının yürüttüğü çalışmalar hiç durmadan devam ediyor. Atomları arasındaki bağlar ve bu bağlarda yapılacak değişiklerle ne gibi farklı sonuçlar elde edebileceği araştırılıyor. Araştırmalar sonucunda küçük de olsa sevindirici gelişmeler var ve bu sayede daha büyük adımlar atılabilecek. Bu değişikliklerin ne zaman gerçekleşeceği bilinmese de hedef ortada. Dünya genelindeki bu çalışmalara bizlerin seyirci kalmaması, aksine her alanda olduğu gibi nano teknoloji konusunda da belirli yatırımların yapılması şart.
Hemen her gün mikron boyutlarında yaşanan gelişmeler sadece masaüstü ya da diz üstü sistemler için geçerli olmaktan çıktı.Bilgi işlemci arenasındaki yarışta hayati önem taşıyan nano teknoloji, artık hayatımızın her noktasında kendini gösteriyor.Tarım, biyoloji, mekanik, elektronik, tıp ve kimya alanlarında uygulanan yeni yöntemlerde de, nano teknolojinin nimetlerinden faydalanılıyor.Bu sayede geliştirilen yeni ürün, hizmet ve yöntemler, günlük hayatımıza girmeye hazırlanıyor.Geçmişine baktığımızda ‘taze’ olarak nitelendirebileceğimiz nano teknoloji üzerine yapılan çalışmalara artarken, ciddi firma ve akademik kurumların bu alana yaptığı yatırımlar milyar dolarlara ulaşmış durumda. Hal böyleyken nano teknolojinin getirilerinin somut örneklere dönüşmesi ise çok şaşırtıcı değil. Şimdi, bilim kurgudan gerçeğe dönüşen yeniliklerin hayatımıza neler getirdiğine göz atalım.
Her geçen gün hızla ilerleyen teknolojinin sokaktaki insana yaşayan yüzü öncelikle cihaz boyutlarında yaşanan hızlı küçülme. Hepimizin bildiği gibi ilk bilgisayar bir oda kadar büyüktü ve yaptıkları işlemi ve hızlarını bugünkü modellerle kıyaslamak bile şu an için çok anlamsız bir davranış olarak değerlendirilebilir. Günümüzde çok güçlü bir bilgisayarın bir saat büyüklüğünde olabileceğini ve günlerce şarj edilmeden çalışabileceğini duyduğumuzda ‘neden olmasın’ diyebiliyoruz.Bundan 15 yıl önce ise 10MHz hızındaki işlemciler kullanıyorduk. Bugünse 2GHz ‘lik bir işlemci için ise ‘idare eder’ dediğimiz bile oluyor. 15 yıl sonraysa ‘Vay be,o zamanlar 2GHz ‘lik işlemciler kullanırdık’ diyerek kendi kendimize güleceğiz.
Değişim sınırlarına artık daha yakınız
Bir oda büyüklüğündeki bir bilgisayarın cebimize sığacak boyutlara getirilmesi elbette zor.Ama bu aşamadan sonra işlerin daha da zorlaştığı kesin.Çünkü bileşenlerdeki küçültme devam ettiği sürece farklı teknolojilerin kullanılması gerekiyor.Bir üretim teknolojisinin sınır noktasına ulaşıldığında daha başarılı yeni bir teknolojinin hazır olması gerekiyor. Tahmin edebileceğiniz gibi her yeni teknoloji yeni bir yatırım ve öğrenme - alışma süreci gerektiriyor.
Büyük gelişim,ne çok basit bir noktadan; elektrik akımının var ve yok olmasından (0 ve 1) başlamış olan bilgisayarlarda, birçok ince ayağı bulunan devre elemanları yani yongalar kullanılıyor. Silikondan üretilen yongaların içine ancak mikroskopla incelenebilecek kadar küçük olan birçok transistorlar birkaç mm² ‘lik alana sığdırılmak zorundadır. Bugün bilgisayarlarımızda kullandığımız bir yongayı eski tip transistorlarla baskılı devre üzerine dizmek istersek bir ev veya bina büyüklüğünde bir PC sahibi olmamız normaldir. Tabii böyle dev bir bilgisayarın PCB üzerindeki düzgün sinyal trafiğini ve yeterli elektrik akımını sağlaması gerçek bir başarı olacaktır. Kısaca eski teknolojiyle şu anki PC ‘lerimizin geldiği seviyeyi yakalamak mümkün değil.
Karşılaşılan sorunlar
Daha hızlı yongaların oluşturulmasında yaşanan en büyük engel devre elemanlarının üzerinde bulunan akıma olan direnci ve bunu oluşturduğu yüksek ısı.Mikron düzeyinde bir araya getirilmiş milyonlarca transistor öngörülen ısının üzerine çıkarak hatalara veya yonganın zarar görmesine neden olabiliyor.
‘Electromgration’ adı verilen bu olayın yonganın zarar görmesine neden oluyor. ‘Electromigration’ metal atomlarının ince tabakalara bölünmüş yonganın yapısında yer değiştirmesiyle meydana geliyor. Böyle bir durumla karşılaşmak istemiyorsanız overclock (hızaşırtma) yapmaktan kaçınmalısınız.Diğer bir sorunsa giderek gelişen yonga oluşturma teknolojilerinin yongalarda daha küçük devre elemanlarının bulunabilmesini sağlaması. Fakat bu küçülmenin bir sınır var. Yeni teknolojiler bu sınırı giderek zorlasa da bu minik transistor ler birkaç tane molekülden oluşan bir hale gelince transistor görevini gerçekleştiremeyecek.
Yonga oluşturmada kullanılan yeni teknolojiler ve materyaller her yıl ‘en fazla şu kadar küçülebilirler’ tahmininde değişikliğe neden oluyor. Şu an geleceğin silikon yongaları filanca mikron teknolojisiyle üretilir denirse bile bu açıklama çok geçmeden değiştirilmek zorunda. Fakat yonga üreticisi firmaların mevcut teknolojilerini hesaba katarak yaptıkları üretim planları gelecek vaat ediyor.Büyük yonga üreticisi firmalar mevcut yonga basım tekniklerinin sınırlarını iyi bildiklerinden yonga oluşturma teknolojileri üzerinde çalışıyorlar. Bu teknolojiler ne kadar ileriyse o kadar çok transistoru yonga paketine sığdırabilmek mümkün oluyor. Ayrıca bu yongalar daha az güç harcıyor ve daha az ısınıyor. Doğal olarak bu özellikteki yongaları yüksek frekansta çalıştırarak işlem performansını da artırıyorsunuz. Ayrıca yongaların tasarımı, işlemcilerin ısı üretme ve yüksek saat hızlarında tutarlı çalışabilmelerini etkiliyor. Yonga üretiminde kullanılan yöntem aynı tasarıma sahip iki yongadan birinin diğerine göre daha hızlı olabilmesini sağlıyor.Daha küçük transistorlara sahip yongalar (mesela işlemciler), ürettiği ısıyı daha iyi dağıtabiliyorlar. Küçük transistorlara sahip yongalar daha düşük voltaj ve yüksek frekansla nispeten yüksek işlem döngülerine ulaşabiliyor.
Alternatif yonga üretimi teknikleri
Yongalara bakır bağlantıların kullanımı alüminyuma göre daha iyi sonuç vererek sınırların biraz daha zorlanabilmesini sağlıyor.Önderliğini IBM firmasının yaptığı yalıtımlı silikon SOI (Silicon On Insulation) uygulaması yongalara %20 gibi olası bir performans artışını getiriyor.Mevcut yonga basım sistemlerinin değiştirmeden SOI ’nin sağlayacağı ek performans yonga üreticilerinin dikkatini çekti.
Diğer yandan Intel ‘in Moore Yasası ‘nı devam ettirmek ve başka alanlara yaymak için yeni silikon teknolojileri ve malzemeler üzerinde gerçekleştirdiği araştırma ve geliştirme çalışmaları arasında; Aşırı Morötesi Litografisi (Extreme Ultraviolet lithography), gerilmeli silikon (strained silicon) yeni transistor dielektrik teknolojileri gibi yenilikler bulunuyor. Intel ‘in gelecek on yılın ikinci yarısında üretmeyi planladığı yüksek hızlı Terahetz transistorlar üzerindeki araştırma projeleri, yüksek performanslı , düzlemsel olmayan, üç geçetli deneysel CMOS transistorlar üzerine odaklanmış durumda. Bu tür bir farklı transistor yapısı ile mevcut düzlemsel tasarım yapısı ile mevcut düzlemsel tasarım yerine üç boyutlu bir mimari kullanılması, transistor geçitlerini yüzey alanını arttıracak. Bu da performansı yükselterek yüksek hızlı işlemcilerin yapılmasına olanak tanıyacak. Üretim tekniklerinin değişmesine rağmen gerçekleştirilmesi gereken transistor boyutlarının mümkün olduğunca küçültülmesi.
Nedir Moore Yasası?
1965 yılında ntel ‘in kurucularından olan Gordon Moore ‘un ortaya attığı Moore yasasına göre işlemcilerdeki transistor sayısı 18 ayda bir ikiye katlanır.Moore, bu yasanın sonraki on yıl boyunca geçerliliğini koruyacağını tahmin etmişti ama Intel bu yasayı günümüze kadar çiğnemeden devam ettirmeyi başardı.
Atomlar ve nano teknoloji
Doğanın temel taşını oluşturan atomların gözle görülemeyecek kadar küçük olduğunu hepimiz biliyoruz. Bu atomların dizilişleri sonucunda farklı tür malzemeler meydana gelmekte. Örneğin, eğer kömür atomlarının sıralanışı değiştirilebilseydi elmas bile elde edilebilirdi.Günümüzde moleküler düzeyde üretim yöntemleri açısından çok da ileri bir durumda olmadığımızı rahatlıkla söyleyebiliriz.Günlük yaşamın çoğu alanında yapabildiğimiz işlemler, öğütme, ezme ve ısıtma gibi yöntemlerle maddeleri şekillendirmek.
Georgia Tech Üniversitesi profesörlerinden Ralph C. Merkle ‘in günümüzdeki işleme teknolojisi ile çok güzel bir benzetmesi var: “Şu anda gerçekleştirebildiğimiz işlemler, elerinde boks eldivenleri olan bir kişinin lego oyuncaklar ile bir şeyler yapmasına benzetilebilir.Bu küçük lego parçalarının kullanarak bir şeyler yapabilirsiniz, ama yaptıklarınız oldukça kaba bir halde olur.Halbuki bu parçaları hassas bir şekilde bir araya getirebilirsek çok daha hızlı bir biçimde daha hassas ürünler ortaya çıkabiliriz. İşte bu noktada nano teknoloji devreye giriyor.Nano teknoloji sayesinde bu eldivenleri çıkarma imkanına sahip olacağız.Doğanın temel taşlarını oluşturan atomları ucuz bir biçimde ve kolayca düzenleyebileceğiz. Bu şekilde üretilen ürünler daha dayanıklı ve daha hassas özelliklerle donatılmış olacak.
Nano teknolojinin hedefleri
• Uygun atomları ya da molekülleri doğru biçimde bir araya getirerek istenen yapıyı oluşturmak.
•Yapı bölümlerinin kontrollü biçimde kendi kendilerinin kopyalamalarını ve büyümelerini sağlamak.
•Moore Yasası ile öngörülmüş ve gerçekleşmiş olandan çok daha hızlı bir gelişme sağlamak(Moore Yasası üzerinde diretmelerinin sebebi ne anlamadım)
•Canlı yapılara cansız yapılanların bir arada işlev görmesini sağlamak.
Büyük devletler savunma sanayinin gelişmesi adında bu çalışmalara yüz milyonlarca dolar aktarıyor. Nano tabanlı projeler arasında bir hafta uykusuz kalabilmesine rağmen yüksek performansından hiç bir şey kaybetmeyen süper askerler, insansız uçabilen ve arıza yaptığında kendini tamir edebilen uçaklar gibi çalışmalar bulunuyor.
Nano teknolojiye 8.6 milyar dolar
ABD,Japonya,Almanya,İngiltere,Çin,Avustralya,Rusya ve hatta Singapur ile Tayvan gibi ülkeler , nano teknoloji konusunda sürekli olarak çalışıyor. Pazar araştırma şirketi Lux Research ‘ün yayınladığı rapora göre, özel şirketler ve üniversiteler 2004 yılı boyunca nano teknoloji araştırmalarına 8.6 milyar dolar ödenek aktaracak. Bu rakamın şimdiye kadar sektörde akan en yüksek rakam olduğu belirtiliyor.Aralarında General Electric ve Intel gibi devlerin de bulunduğu 1500 şirket, nano teknoloji adına giderek artan oranlarda yatırım yapıyor.Yapılan araştırmalar, 2004 yılında hükümetlerin nano teknolojiye daha fazla para ayırdığını ve bunun bu anlamdaki son yıl olacağını gösteriyor.
2004'de harcanan 8.6 milyar doların yaklaşık 4.6 milyar doları hükümetlere bağlı kurumlar tarafından karşılanacak.ABD hükümeti 1.6 milyar dolar ile nano teknolojiye en çok kaynak ayıran devlet(beni hiç şaşırtmadı). Asya ülkelerinin tümünün toplam nano teknoloji bütçesi ise 1.6 milyar dolar.Avrupa ülkelerinin ise 1.3 milyar dolarda kaldığı biliniyor. Teknoloji uzmanları, Avrupa ekonomilerinin nano teknoloji konusunda ABD ve Asya ‘yı yakalayabilmesi için yılda en az 6 milyar Euro yatırım yapılması gerektiği dile getiriyor.Tahminlere göre 2015 yılında toplam nano teknoloji pazarı 1 trilyon dolara ulaşacak.Hal böyle olunca üniversiteler, firmalar ve yatırımcılar teknoloji patentleri almak için büyük uğraş içindeler. Sadece 2003 yılında dünya genelinde 8 binin üzerinde nano teknoloji patenti alındı.En çok patent alan firmalarsa IBM, Canon, Micron ve 3M şirketleri.
Ülkemizdeki durum
Ülkemizde sadece Gebze İleri teknoloji Enstitüsü, Sabancı, Bilkent, ODTÜ ve ITÜ ‘de küçük çaplı çalışmalar var. Nano teknoloji çağı için ülkede 77 üniversitenin birlikte çalışması şart.Nano teknolojinin açıklanması ve herkesin öneminin kavraması gerekiyor. Özellikle üniversitelerde ilgili bölümler açılmalı ve gençlerin dikkati çekilmeli. Trboloji alanında bir deha olarak kabul edilen bilim adamı Prof. Dr. Ali Erdemir nano teknoloji kullanarak geliştirdiği yapay elmas özelliği taşıyan buluşuyla Nobeli R&D ödülünü üçüncü kez kazandı. Prof. Erdemir ‘e ödül kazandıran yeni buluşu, karbür temelli malzemelerin nano yapılı, bütünleştirilmiş bir karbon tabakasına dönüştürülmesiyle ilgili. Sayısız cihazda kullanılabileceği belirtilen karbon teknolojisi ile karbon gazların büyüklüğü 5-10 nanometre boyutuna kadar indirilebiliyor. Prof. Erdemir ’in geliştirdiği nano özellikli karbon elmas tabakada sürtünme katsayısı çok düşük: bunun yanında ısıya dayanıklılığı ise son derece yüksek. Her iki özellik de beklentileri karşılayacak kadar güzel bir başlangıç. 1977 yılında İTÜ Metalürji bölümünden mezun olan ve 1987 yılından beri de ABD ‘de Chicago kenti yakınlarında bulunan Argon laboratuarında araştırmalarını sürdüren Prof. Erdemir, geliştirdiği maddenin ,suni bir elmas gibi düşünülebileceği ve aynen gerçek elmasın özelliğine sahip olduğunu kaydediyor. Geliştirilen bu teknik ile kesici ve delici aletlerin uçları ısıya çok dayanıklı bir hale getirilebilecek. Diğer yandan uzay araçlarında kullanılan birçok cihazda uzun ömürlü olabilecek.
Diğer alternatif uygulamalar
Çok hafif ve dayanıklı olacak nano materyaller yapılacak araba, uçak, ve uzat araçları ile çok az enerji tüketimi ile daha uzun ve güvenli yolculuklar yapılabilecek. Ayrıca doğada mevcut birçok teknoloji hayata geçirilebilecek. Lotus çiçeği yaprağının hiç ıslanmaması ve kirlenmemesi özelliğini bu şekilde aydınlatmak mümkün olabilir. Çözüm bulunduktan sonra kirlenmeye ıslanmaya kaşıklar, çatallar, elbiseler üretilebilecek. Diğer yandan sağlık alanına yönelik olarak yapılacak akıllı nano robotlar, hastalığı teşhisini koymada önemli görevler üstlenecek ve gerektiğinde hastalıklı bölgelere ilaç vererek tedavi gücünü arttıracaklar. Ayrıca, otomotiv sektörünün en önemli sorunlarından biri olan araçların üzerindeki boyaların çizilmesi ve kaportaların aşınması sorunu da nano teknoloji sayesinde çözülecek.
Nano teknoloji ile işlenmiş gümüş, bakterilerin üremesini engelleyebiliyor yada yaşamlarını zorlaştırıyor.Nano gümüş olarak adlandırılan işlem bir aşı görevi üstleniyor. Nano gümüş kaplanan yüzeyler bakterilere geçit vermiyor.Asıl uygulama alanları, bakterisiz ve mikropsuz ortamların yaratılması gereken ortamlar.Özellikle hastaneler ve mutfaklar için oldukça faydalı olacak bir buluş.
Kendi kendini temizleyen pencere
Pimapen, kendi kendini temizleyen, bir başka değişiyle hiç kirlenmeyen bir pencere modeli üretmek için kolları sıvamış durumda. Bu tip ürünler, yurt dışındaki teknoloji fuarlarında yeni yeni tanıtılıyor. Pimapen ‘in 20. yılı dolayısı ile düzenlenen basın toplantısında tanıtılan bu proje de nano teknolojiye dayanıyor. Firma bu amaca yönelik laboratuar çalışmalarını sürdürüyor. Başka bir ilginç uygulama ise şöyle: Külçe altın oda sıcaklığında tepkimeye girmemesine rağmen 3-5 nanometre boyutlarına getirildiğinde pek çok tepkimeyi tetikleyebiliyor. Nano altınların özelliğini fark eden bir Japon firması koku yok ediciler geliştirmiş. Bu koku yok ediciler tuvaletler için biçilmiş kaftan. Bir iki nanometre çapında, kamış biçimli, moleküler olan karbon nano tüpler, biçimlerine bağlı olarak elektriği metal yada yarı iletken özellikte taşıyorlar.
Nano teknolojik çalışmalara güzel bir örnek olarak Israilli bilim adamlarının projesi verilebilir. Israilli bilim adamları biyolojik molekülleri bir test tüpü içinde bir bilgisayar oluşturmayı başardılar. Bu çalışma, bir milimetrenin onda biri hacmindeki su damlacığı içinde 1 trilyon bilgisayarın bir arada bulunarak aynı anda işlem yapmaları anlamına geliyor. Bu araştırmanın ileride insan, hayvan ve bitki bedenindeki biyokimyasal ortamla etkileşerek önemli biyolojik ve farmakolojik uygulamalara olanak sağlayacak bilgisayarların geliştirilmesine yol açabileceği ortada.
Sağlık alanında amaçlanan gelişmeler
Nano teknolojilerinin sağlık alanında da önemli gelişmelere yol açacağı belirtiliyor.Gelişmelerin özellikle kanser tedavisinde yeni açılımlar yaratacağı düşünülüyor. Yakın bir zamanda, kanser tedavisinde kullanılan kemoterapi ve radyoterapi yöntemlerinin ortadan kalkacağını söylemek yanlış olmaz. Hayal edilenlerse şaşırtıcı: Nano konteynırlar ile ilaçları vücudumuzun istenilen bir bölümüne güvenli bir şekilde ulaştırabileceğiz. Nano robotlar ile hücrelerimizi onarıp, vücudun bağışıklık sistemini kontrol altında tutabileceğiz. Kemik içi protezler de bu teknoloji kullanılarak yapılacak. Kanser vakalarında kullanılan ilaçlar, kanserli hücrelere ulaşamadan etkisini yitiriyor. Ama nano partikülleri bu konuda daha ısrarcı; kanserli hücrelerin büyümesini önlüyor ve onları yok ediyor. Ayrıca ameliyatlarda kullanılan aletlerin geliştirilmesinden kimya ve elektronik alanındaki gelişmelere kadar nano teknolojinin kullanım alnı çok geniş. Vücuda gönderilecek programlanabilir makinelerin kullanımları çok geniş olabilir. Hatta vücuda ek bir bağışıklık sistemi de kazandırabilirler. Hedef hücrelerin özellikleri programlandığında, mesela grip virüslerine saldırabilirler ve bünye hastalanmadan virüs istilasını durdurabilir. Aynı zamanda vücuttaki her bulguyu rapor edip doktorluk da yapabilirler.
Tarım ve gıda bilimlerindeki beklentiler
Tarım ürünlerimiz yemek masamıza gelmeden önce birçok çevresel etli altında kalmakta. Diğer yandan yetiştiricilerin ekim, sulama, gübreleme gibi işlemleri yaparken en doğru kararları vermeleri oldukça önemlidir. Bu ürünlerin kötü hava koşullarına, yabani hayvanlara, otlara ve böceklere karşı zaman kaybetmeden korunması gerekiyor. Tarladaki ürünlerin her gün takibi ve kontrolü sayesinde kritik sağlık problemlerinin önüne geçilebilir.
Görüldüğü gibi nano teknolojinin hayatımıza kazandıracağı çok sayıda nimet bulunuyor. Bunların hepsinin kısa sürede gerçekleşmesini elbette bekleyemeyiz. Diğer yandan geliştirme işlemci süresince çalışmaların iyi biçimde kontrol edilmesi ve adımların planlı şekilde atılması şart. Ünlü bilim kurgu yazarı Michael Crichton ‘ın Prey (Türkçe sürümündeki adı Av) adlı romanındaki ana tema nano teknoloji. Kitapta nano teknolojinin geliştirilmesi sonucunda yaşanabilecek aksilikler kaleme alınmış ve kontrol dışına çıkan çalışmalar sonucunda robotların hızla çoğalarak insanlığa karşı bir tehdit oluşturabileceği anlatılıyor. İnsanlık tarihi de gelecekte ortaya çıkacak tehlikeleri anlatanlarda dolu. Bu konudaki en çarpıcı örnek Unabomber. Gerçek ismi Theodore Kaczynski olan Unabomber, 17 yıl boyunca üniversitelerde bilgisayar ve genetik konularında araştırma yapan bilim adamlarına öncelikli olmak üzere, çeşitli kişilere bombalı paketler gönderip sonunda teknolojik ilerlemenin insanlığı mahvedeceğin anlatan bir manifestoyu New York Times ve diğer önemli yayın organlarında bomba tehdidi ile yayınlatmış biri. Elbette bu görüşte başka kimselerde var. Ama görünen o ki ilerleme her zaman devam etmekte ve bu böyle sürecektir.
Nanobilgisayarlara yönelik önemli gelişmeler var
Science dergisinde yayımlanan iki makale, nanobilgisayarlar konusundaki gelişmeler için bir umut ışığı oldu. Yapılan araştırmalar, moleküler ölçekli elektronik uygulamarı ilk kez ‘parça’ düzeyinde çıkarıp, çalışabilen ‘devre’ düzeyine taşıyor. Ama 1 trilyon devreyi 1 cm² alana sığdırıp bağlantılarını geliştirmek, çalışırken moleküler yapılarının değişmesinin önlemek, bütün bunları hızlı ve ucuz bir biçimde yapmak pek de kolay görünmüyor. Silikon çok küçük boyutlarda detektörler yapmak için ideal, ama umut verici bir madde daha var: Karbon nanotüpler. 1991 ‘de, bir Japon araştırmacı tarafından tesadüfen keşfedilen nanotüpler, içi boş silindir halinde sarılmış karbon atomu yaprakları. Çelikten 10 kat güçlü, 6 kez hafif olan nanotüpler, köprü, uçak ve uzay asansörü yapmaya çok uygun. Tek sorun, laboratuar kaynaklı en uzun nanotüpün 10 milimetre boyunda olması. Nanotüp yataklar ise hemen hiç sürtünüp aşınmıyor, çünkü karbonun bütün kimyasal bağları kullanılıyor.
Kuantum bilgisayarları neleri değiştirebilir?
Silikon bilgisayarlara alternatif arama çabasında ‘Josephson bitişimleri’ ve ‘Optik anahtarlar’ gibi bazı teknolojiler işlem gücü konusunda büyük gelişmeler vaat ettiler; gakat teknik engeller bu teknolojilerin sadece teoride kalmasıyla sonuçlandı. Günümüzde bilim adamları Kuantum mekaniği esaslarına göre çalışan, bilgisayarlar üzerinde çalışıyorlar. Kuantum bilgisayarlar silikon bilgisayarlara göre bir takım potansiyel üstünlüklere sahip olsa da, herhangi bir teknolojiyi geliştirmek için geçen zaman, azımsanmayacak kadar çok. Elektron tüplerden günümüz yongalarına ulaşmak ne kadar zaman aldıysa, belki çok daha fazlası Kuantum bilgisayarların kullanılır hale gelmesi için harcanacak. Kuantum bilgisayarları silikon bilgisayarlara rakip olabilir biçimde bir düşünce şu an için epey uzak bir tahmin. Ama Kloroform içindeki hidrojen ve klor atomlarının bizim için hesap yapması oldukça fantastik bir düşünce olsa da, bu mümkün. Kuantum bilgisayarlarında şu an mümkün olan en basit algoritmo gerçekleşebiliyor. Kuantum bilgisayarlarının ticari ve bilimsel amaçlarla var olması içinse uzunca bir süre beklememiz gerekebilir.
Bit’lerden Qubit’lere
Kuantum bilgisayarlarında günümüzdeki bilgisayarların çalışma prensibi olan bit, yani 0 ve 1 kullanılıyor. Fakat bir farkla ‘Qubits’ olarak bilinen bit Kuantum teorisine eş zamanlı biçimde hem 1 hem de 0 olabiliyor. Kuantum fizikçileri bu hem 1’i hem de 0’ı aynı anda ifade edebilme halinin Superposition olarak nitelendiriyorlar. Potansiyel olarak sayısız Superposition bulunması, çok sayıda eşzamanlı işlemin yapılabilmesi demek. Günümüz bilgisayarlarında en iyi ihtimalle 30nm aralığına inebilen transistorların yerini, moleküler büyüklüğündeki Qubit ‘ler alıyor.Qubit ‘lerin molekül düzeyinde olması küçük ve yüksek performanslı bilgisayarların oluşturulabilmesi anlamına geliyor. Günümüz bilgisayarları, trilyonlarca bayt bilgi içinde bir kelimeyi bir aya yakın sürede bulabilirken, eşzamanlı işlem yapabilen Kuantum bilgisayarları bu işi teoride yarım saate indirebilir. Kuantum bilgisayarları moleküler düzeyde olduğundan bu hesaplamanın sonucu almak hesaplamayı yapan oluşum, yani Superposition ‘ı olumsuz etkileyebiliyor.
Bilim adamları Superposition ‘ı etkilemeden almada manyetik rezonans (MR) tekniğinin kullanıyorlar. Şu an Kuantum bilgisayarlarının silikon yongalarla karşılaştırmak haksızlık. PC ‘lerimiz saniyede birkaç milyar işlem yapabilirken kuantum bilgisayarlar için bu rakam birkaç bin civarında. Fakat Kuantum bilgisayarları alanında sevindirici gelişmeler de var. Rowland Enstitüsü ve Harvard – Smithsonian astrofizik merkezinden bilim adamlarının oluşturduğu diğer bir grup bilim adamı ışığı yavaşlatıp durdurabilmeyi başardılar. Harvard – Smithsonian astrofizik merkezinden bilim adamları, fotonlar bir gaz bölmesinde durdurmayı başardılar. Fotonların bu biçimde maniple edebilmesi Kuantum bilgisayarda ve bunların fiber optik kablolarla birbirlerine veri iletiminde kullanılabilmesi oldukça heycanlandırıcı.
Sonuç
15 sene önce 8MHz hızında çalışan PC ‘leri kullanıyorduk ve 3GHz gibi hızlara ulaşmak inanılmaz gibi görünüyordu. Acaba 10 sene sonra da o zamanlar 2.4GHz PC ‘leri kullanırdık diyerek gelinen noktaya inanamayacak mıyız? Bilim adamlarının yürüttüğü çalışmalar hiç durmadan devam ediyor. Atomları arasındaki bağlar ve bu bağlarda yapılacak değişiklerle ne gibi farklı sonuçlar elde edebileceği araştırılıyor. Araştırmalar sonucunda küçük de olsa sevindirici gelişmeler var ve bu sayede daha büyük adımlar atılabilecek. Bu değişikliklerin ne zaman gerçekleşeceği bilinmese de hedef ortada. Dünya genelindeki bu çalışmalara bizlerin seyirci kalmaması, aksine her alanda olduğu gibi nano teknoloji konusunda da belirli yatırımların yapılması şart.
