Malzeme Biliminin Geleceği Üzerine Sn. Doç. Dr. Yasin ALEMDAĞ İle Röportaj
Buket YAŞAR: Yasin hocam merhaba, öncelikle kendinizi tanıtarak röportajımıza başlayabilir miyiz?
Doç. Dr. Yasin ALEMDAĞ: Tabi. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Malzeme Anabilim dalında görev yapmaktayım. Genellikle metaller konusunda araştırmalarım var, bu konuda birtakım çalışmalar yürütüyorum. Hem yüksek lisans hem doktora öğrencilerimle, zaman zaman lisans öğrencilerimizle de bu çalışmalara devam ediyoruz. Genellikle bütün zamanımız okulda eğitim ve çalışmalarla geçiyor.
Buket YAŞAR: Şimdi biraz daha teknik, bilimsel, teknolojik sorulara geçelim hocam. Suni kas yapımında polimer malzemelerin geleceği nedir?
Doç. Dr. Yasin ALEMDAĞ: Önce doğal kasları tanıyalım. Sonra yapay kaslara geçelim. Doğal kaslar, gruplar halinde ya da çiftler halinde çalışıyor. Buna antagonistik hareket deniyor. Bu hareketi şöyle tanımlayabiliriz; karşıt olarak hareket eden kasların kasılmasında iten ve çeken kuvvetlerin birbirine karşıt hareketidir. Bu durum, insanın dinamik hareketlerini belirliyor. Bu kasların hareketi, doğal olarak insanın dinamik hareketlerini ortaya koyuyor. Bu dinamik hareketler dikkate alınarak protezler geliştiriliyor.
Protezler hantal bir yapıya sahip. Aynı zamanda pahalı malzemelerdir. Bilim adamları bir araya gelerek, “Yapay kas sistemleriyle bu sorunu çözebilir miyiz?” görüşünü ortaya atıyorlar. Bu görüşü ortaya atarken dikkatlerini şu çekiyor; bazı alaşımların ve polimerlerin kaslara benzer hareket yaptığını fark ediyorlar. Nikel-titanyum alaşımını geliştiriyorlar. Bu alaşım, şekil hafızalı (ŞHA). (Bunlara shape memory alloy deniyor) Bu malzemeler, ısıtıldıklarında kasların hareketine benzer bir hareket sergiliyorlar. Fakat bunlar bir metal. Kütlesi fazla, yoğunlukları yaklaşık olarak 4,5-5 g/cm3 Ve bu malzemeler çok pahalı. Pahalı olmalarına rağmen, şu anda bu malzemelerden ticari ismi fleksiyon olan, fiber geliştiriliyor. Bunlar aktivasyon amaçlı kullanılıyor.
Bilim insanları polimerlerden yola çıkarak da bir takım çalışmalar yapıyor. Şekil hafızalı alaşımlara benzer, şekil hafızalı polimerlerin varlığı tespit ediliyor. Bu malzemelerin temel özelliği şu: Bir uyarıcı sistem gerekli. Bu uyarıcılar ısı, mekanik etki, elektriksel olay vs. olabilir. Akıllı polimerler, ısıtıldıklarında hareket ediyorlar. Polimer malzemelerin kullanım sıcaklığı düşük olduğu için, ısıtma problemi ile karşı karşıya kalıyoruz.
Bu malzemelere fiber takviyeler yapıyorlar. Karbon nanotüpler geliştirdikten sonra, karbon nanotüp takviyeleri ile birlikte bu malzemelerin çalışma performanslarını artırma yoluna gidiyorlar. Fakat her ne yaparsanız yapın, uyarıcı etkilerin insan vücudunda sağlanamaması bir dezavantaj. Bu benzetim tamamen doğal kasa yapılamıyor. Daha sonraki süreçte dielektrik elastomerler geliştiriliyor. Bu da bir polimerdir ve elektrik esasına göre çalışıyor. Bunlar ısı gerektirmiyor, yüksek gerilim gerektiriyor. Yüksek gerilim de çok sağlanamıyor. Bu da dezavantaj olarak karşımıza çıkıyor. Kas sistemine benzer bir hareket yapıyor dielektrik elastomerler ama ıslak ortamda iyonlaşabiliyorlar.
Zamanla nanotüpler de geliştiriliyor. Bunlardan lifler elde ediliyor. Burkulabilen, doğrusal hareket yapabilen forma dönüştürülebiliyorlar. Uygulama noktasında oldukça pahalılar.
Bilim insanları, son olarak şunu ortaya koyuyorlar; lifleri sarmal yay haline getirirsek; bunları uyardığımızda açılmaya başlarlar, doğrusal hareket yaparlar. Böyle bir kas formu oluşturuyorlar. Nispeten doğrusal hareketleri sağlıyorlar. Fakat bunların da dayanımı düşük.
Yapay kaslar konusunda şu anda aşılmamış problemlerimiz var: Maliyetler ve uyarma sistemlerinin insan vücuduyla bio-uyumluluğu gibi. Ama biz sadece yapay kasları insan vücudu olarak düşünmeyelim. Bunların robotlarda da kullanılması, hava araçlarında kullanılması, denizaltılarında kullanılması vs. Çok farklı yerlerde aktif materyaller olarak kullanılması gündemde. Çalışmalar devam ediyor.
Bazı sorunlar aşıldığı zaman, suni kasların kullanımı yaygınlaşacak. Protezler belki de tamamen ortadan kalkacak. Artık robotlarda da çok büyük kütleli elemanlar kullanmak zorunda kalmayacağız. Robot hareketleri de nispeten insan hareketine benzer hale gelecek. Uyarılma, dayanım, uyumluluk gibi problemler çözüldüğü takdirde, bu tür çalışmaların gelecekte daha da ivmeleneceğini düşünüyorum.
Buket YAŞAR: Yüzey kaplama teknolojilerinde nanoteknolojinin yeri nedir?
Doç. Dr. Yasin ALEMDAĞ: Önce nanoteknolojinin günümüzdeki konumundan bahsedelim. Nanoteknoloji alanında ciddi çalışmalar yapıldı. Nanoteknolojik malzemeler, mineraller geliştirildi. Tabi bu gelişime bağlı olarak, bunların farklı alanlarda kullanımı söz konusu oldu. Bu alanlardan biri de, yüzey kaplama. Nanometaryelleri, mineralleri kullanarak basit bir metal yüzeyinde yaklaşık 3 mikron kalınlığında (maksimum) tabakalar elde ediyoruz. Bu tabakalar, malzemeye çok şey kazandırıyor. Örneğin dekoratif görüntü sağlıyor ve korozyona karşı koruma özelliğini yani aşınma direncini iyileştiriyor. Nemin, suyun, kirleticilerin esas metale geçip, onu deforme etmesini engelliyor. Bu açıdan bakınca nanokaplamanın birçok faydası var ve birçok alanda kullanılabiliyorlar. Otomotiv sektöründe, ev aletlerinde, kişisel koruyucularda, güneş panellerinde, deniz taşıtlarında, kesici takımlarda kullanılıyor.
Buket YAŞAR: Sizce, bio-degradable polimerlerin yaygınlaşması nasıl olur?
Doç. Dr. Yasin ALEMDAĞ: Biyomalzeme nedir, önce bunu ele alalım. Doğal ortamda bulunan mikroorganizmaların sağladığı enzimlerle karbondioksit ve suya ayrışan malzemelerdir. Yani doğal yollarla kaybolabilen malzemeler. Tabi hemen kaybolmuyor. Yine bir süreci var, 2-3-4 ay…
Şu an dünya, plastiklerin oluşturduğu kirlilikle savaş veriyor. Ciddi anlamda hem okyanuslarda hem kara parçalarında plastiklerin yol açtığı kirlilik ve canlı ölümleri var maalesef.
2001 yılında 20.000 ton civarında biyoplastik üretiliyor. 2003 yılında bu sayı 40.000 tona çıkıyor. Sürekli artış söz konusu. Bu konuda İngiltere, İtalya, Hollanda ciddi çalışmalar yapıyor. Hedefleri, 2020 yılında toplam plastiğin %25-30’una varan kısmını biyoplastikten yapmak. Bu çok ciddi bir rakam.
Pazar araştırmasına göre, 2007 yılında bu endüstri, 1 milyar dolar. 2020 yılında bu rakamın 10 milyar dolar olması hedefleniyor. Ayrıca bu konuda çalışma yapan ya da bu tür polimer üreten firma sayısının 2020 yılında 5.000 civarı olması öngörülüyor.
Bu malzemeler, cerrahide kullanımıyla ön plana çıkıyor. (tek kullanımlık enjektör vs.) Gıda sektöründe de karşımıza çıkıyor. (tek kullanımlık tabak, çatal, bıçak vs.) Şişeler, ambalajlar, kaplama malzemeleri vs. İlaç ve medikal sektörü, otomotiv sektörü ve tarımsal alanlar gibi birçok alanda kullanımı söz konusu.
Bu polimerler (bio-degradable) yavaş yavaş diğer polimerlerin yerini almaya başlayacak. Bunlar geliştirildikçe, diğer sektörlere de uygulanacak.
Burada sınırlayıcı olan faktörler de var. Mukavemet, dayanıklılık açısından çok iyi performans sergileyebilen polimerler mevcut. Bu bahsettiğimiz bio-degradable polimerler de yukarıda saydığımız güçlü özelliklere sahip olmaya başladıkça, onların da işlevselliğini yapabilecek hale geldiği zaman, tamamen biyomalzemelere dönüşüm söz konusu olacak.
Buket YAŞAR: Paketleme malzemelerinin yosunlardan üretilme işi nasıl oluyor?
Doç. Dr. Yasin ALEMDAĞ: Şili’li tasarımcı, kırmızı alglerden plastik malzeme üretiyor. Bunu kaynatıyor ve jel oluşuyor. Daha sonra buna havuç, yaban mersini, mor lahana gibi doğal meyve, sebze katıyor ve bir plastik ürün elde ediyor. Orada şöyle bir durum ortaya çıkıyor. Biz yosunu denizden veya bu tür kaynaklardan alıyoruz. Şili’li tasarımcı yapmış olduğu bu çalışmada bir noktaya değiniyor. Bu hammaddelerin çıkarılması ve üretilme süreçleri çevre bilinci içerisinde yapıldığında, yosunlardan malzeme üretme işi büyük bir endüstri olacak gelecekte, diyor. Olumlu bir şey yapıyoruz ama başka bir yerden de bir kaynağı yok ediyoruz. Bu durum ekolojik dengeyi bozuyor.
Bu konuda yapılan başka bir çalışmadan bahsedelim. 3 Japon tasarımcı AMAM adını verdikleri bir çalışma gerçekleştiriyorlar. Bu çalışmadaki deneysel verilerini desteklemek için bir İngiliz tasarımcıdan destek alıyorlar ve deniz yosunundan bir parfüm kutusu geliştiriyorlar. Bu ürünü ticarileştiremiyorlar. Fakat bu çalışmalarıyla ekip yarışmada ödül alıyor. Ödül alınan bu çalışma, diğer sektörlerinde dikkatini çekiyor.
Bir diğer çalışma; Ari Jonsson, algleri kullanarak bir su şişesi yapıyor. Bu şişe, suyla temas ettiğinde şekilleniyor. Şişede su olmadığı zamanda biyobozunur hale geliyor. Ari Jonsson, bu çalışmada önemli bir detay fark ediyor. O da şu; algler ve su reaksiyona giriyor, tuzlanma oluşuyor. Su bozuluyor. Ayrıyeten sızdırmazlık sağlayamadığını da görüyor. Aslında yosunlardan yapılan tüm plastik malzemelerde, polimerlerde sızdırmazlık, esneklik, dayanaklılık gibi problemler karşımıza çıkıyor. Nişasta ürünleriyle bu durumu güçlendirmeye çalışıyorlar. Hedefleri, bu malzemelerin dayanımlarını artırmak. Esnekliğini artırmak ve sızdırmazlığını ortadan kaldırmak. Bu sorunlar tam olarak çözülmedi, halen çalışmalar devam ediyor. Özellikle Avrupa ülkelerinde bu tür konulara ciddi proje bütçeleri ayrılıyor.
Buket YAŞAR: Yasin hocam, şimdi de biraz kariyer sorularına geçelim. Makine mühendisliğinde akademik kariyer yapmak isteyen adaylar olabilir. Bu kişiler, nasıl ilerlemeli?
Doç. Dr. Yasin ALEMDAĞ: Her şeyden önce bazı koşulları sağlamaları gerekiyor. Not ortalaması, yabancı dil şartı. En önemlisi de bu işi sevmek gerekiyor. Sabırlı da olmak lazım. Sosyal hayatlarında da çok büyük planlar yapmamalarını tavsiye edebilirim. Çünkü zamanınızın büyük çoğunluğu, bilimle uğraşmakla ve araştırmakla geçiyor.
Akademik kariyere adım atarken öğrencilerin not ortalamaları dikkate alınıyor, evet. Kişilerin, ALES ve Yabancı Dil Seviye Tespit Sınavından da yeterli ölçüde puan alması gerekiyor. Yüksek lisans/doktora sınavlarına başvuran adaylar arasında dereceye girmeleri gerekiyor.
Adayların bir alan belirlemesi lazım: Malzeme, otomotiv, enerji vs. Yaptığımız mülakatlarda da adayların bu alanı neden istediğine dair ve hedeflerine dair çeşitli sorular sorarak, istek derecelerini ölçüyoruz.
Bir kişi, yüksek lisansa başladığında seçtiği alanda uzmanlaşmaya başlar. Bu süreç, doktora ile devam ediyor. Daha sonra bireysel akademisyen olarak ilerleyebilirler. Gruplar oluşturarak, öğrenciler yetiştirerek çalışmalarına devam edebilirler. Ve sürekli kendilerini geliştirmeliler. Öğrenmenin sonu yok.
Şunu da belirtmek isterim, sabır konusunda ciddi bir iradelerinin olması gerekiyor. Çünkü uzun süreli çalışmalar yapıyoruz.
Yeri geliyor kendi kişisel zamanımızdan ve ailemizden de feragat ediyoruz. Zor şeyler ama değiyor. Örneğin, yazdığınız makale bir dergide yayınlandığında, yüksek lisans ve doktora öğrencileri yetiştirdiğinizde, faydalı olduğunuzu hissettiğinizde mutlu oluyorsunuz. Manevi yönden huzurlu oluyorsunuz.
Röportaj için Sn. Doç. Dr. Yasin ALEMDAĞ’a çok teşekkür ederim.
Endüstri Mühendisliği Öğrencisi (2016-2020)
Karadeniz Teknik Üniversitesi
