Dergi Özel Yazıları AKINSOFT 26 Mayıs 2021 (0) (214)

Mikro Kahramanlar Nanobotlar

Birçok mühendislik dalının çalışma alanı olan nanoteknoloji veya nanorobotik temelde tek bir hücre veya mikro işlemciden çok daha küçük bir sistemde bilgi algılama, işleme ve işlenen bilgiyi harekete dönüştürmeyi amaçlar. Nano ölçekte hassasiyetle hareket edebilen makro ölçekli robotlar ile mikro robotlar da nanorobotlar olarak tanımlanır.

İnsanlık tarihinin başladığı günden bugüne kendini sürekli geliştiren teknolojiyle insanın yapabildiklerinin sınırları da genişledi. Bugünün teknolojisiyle üretilenler metrenin milyarda biri ölçüsüyle yapılan ürünler. Ancak metrenin trilyonda biri üzerinde olan ve insanlığı günümüz teknolojisinin de ötesine ulaştıracak geleceğin teknoloji çalışmaları hızla devam ediyor.

Nanorobotlar konusunu ele almadan önce nanoteknoloji kavramını değerlendirmekte fayda var. Nanoteknoloji atomların ve moleküllerin en küçük birimlerini ifade eden ve maddeyi atomik boyutta kontrol etmeyi içeren bir kavramdır. Atom üzerinden maddeler oluşturmayı ve mevcut maddelerin de moleküler yapısını değiştirerek yeni maddeler oluşturmayı kapsamaktadır. Nano kavramı ilk defa 1959 yılında, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nün (CalTech) düzenlediği Amerikan Fizik Topluluğu konferansında mikro makineler konusunda çalışmalar yapan fizikçi Richard Feynman tarafından dile getirildi. Feynman’in konferansta gerçekleştirdiği konuşma nanoteknoloji yolunda atılan ilk adım olarak kabul edildi. Doğadaki atomik dizilimin taklit edilerek atomların hareket ettirilebilmesi ve böylelikle farklı pek çok madde oluşturulabileceği düşüncesi son yıllarda nanoteknoloji alanında yapılan çalışmaların artmasını sağladı

Nanobotlar

Moleküler düzeyde robotlar olarak tanımlanan nanobotlar veya nanorobotik, robotik biliminin alt dallarından biridir. Temel olarak nanometre ölçeğine göre 10-9 metre veya bu değere yakın araç ve gereçler oluşturma teknolojisini ifade eder. Birçok mühendislik dalının çalışma alanı olan nanoteknoloji veya nanorobotik temelde tek bir hücre veya mikro işlemciden çok daha küçük bir sistemde bilgi algılama, işleme ve işlenen bilgiyi harekete dönüştürmeyi amaçlar. Nano ölçekte hassasiyetle hareket edebilen makro ölçekli robotlar ile mikro robotlar da nanorobotlar olarak tanımlanır. Son yıllarda yapılan yatırımlarla nanoteknolojinin en hızlı büyüyen teknolojik alanlardan biri olması da nanobotların gelişmesini hızlandırıyor. Yaklaşık olarak bir hücre ile aynı boyutlara sahip olan nanobotlar, genellikle tıp alanında kullanılıyor.

Nanobotlar oluşturulurken hem inorganik hem de organik materyaller arasında bulunan iletişim, etkileşim ve kontrol gücü göz önünde bulundurulur. Nanorobotik, farklı birçok alanın kesişim noktasında bulunur ve bir nanorobot tasarımında kuantum moleküler dinamiğinden, kinematik analize kadar çeşitli bilim dallarıyla iç içe olmak gerekir. Nano ölçekte yapılacak fiziksel modelleme aşamasının ardından kullanılacak sensör, motor gibi diğer unsurların oluşturulması aşaması gelir. Daha sonra ise oluşturulan yapay ve biyolojik bileşenler nanomanipülasyon cihazları aracılığıyla birleştirilir ve böylelikle nanobot gerekli testlerin uygulanmasına hazır hale getirilmiş olur. Başarılı bir nanorobot geliştirmek, kullanılan nano parçacıkların doğru bir şekilde analiz edilerek tasarlanmasına bağlıdır. Bu parçacıklardan bazıları moleküler rulmanlar, moleküler dişliler ve nano bilgisayarlardır. Doktorların yaptıkları çalışmaları sağlıklı bir şekilde görüntüleyebilmeleri ve kontrol edebilmeleri için nano bilgisayarlar oldukça önemli bir yere sahiptir.

Nanorobotik Teknolojisi ve Tıp

Hakkında yürütülen araştırmaların bir kısmının teorik nitelikte olmasından dolayı çalışma prensipleri de hem teknik hem de tahmini bilgilere dayalı olan nanobotların günümüzde en çok kullanıldığı alanın tıp olduğunu söyleyebiliriz. Nanoteknolojinin tıp alanındaki en önemli rolü, küçük parçacıklar sayesinde taşıma yaparak hücrelerin içerisine gerekli işlemlerin uygulanmasını sağlamaktır. Nanoteknoloji sayesinde kanser hastalığının tespit sürecinde kullanılan görüntüleme tekniklerinin geliştirilmesi, ilaç tedavilerinin daha doğru hedeflenmesi, antineoplastik tedavilerin yan etkilerinin azaltılması sağlanmıştır. Bu küçük robotlar, insan bedenine girerek vücutta oluşan değişiklikleri izlemede ve tespit edilen olumsuzlukların giderilmesi için tasarlanıyor. Bu nanobotların çok yakın bir gelecekte belirlenen tedaviyi doğrudan hedef hücreye ulaştırması planlanıyor. Öyle ki insan bedeninde aşılması zor ulaşılması güç olan ve pasif nanopartiküllerin erişemediği bölgelere nanorobotik sistemler aracılığıyla ulaşılması hedefleniyor. Birçok aracın boyutsal özelliklerinden dolayı kullanılamadığı minimal cerrahi işlemlerde nanorobotik teknolojisi önemli bir rol oynayacak.

Kanser Tespiti ve Tedavisi

Nanorobot teknolojisinin gelişimi hastalıkların tanısı ve özellikle kanser tedavisinde büyük fayda sağlayacak. İnsan hücrelerine girebilecek boyutta olan nanorobotlar, kanser ve nörodejenarasyon gibi hastalıkların tespit edilmesinde görev alacak. Kanser tedavilerinde yaşanan en büyük sorun ilaçların direkt olarak ilgili hücreye enjekte edilememesi ve dolayısıyla tedavi aşamasında kanserli hücreler yerine çoğunlukla sağlıklı hücrelerin ölmesidir. Farklı hücre tiplerini ayırt etme özelliğine sahip olan nanorobotlar, hücrelerin sağlıklı olup olmadığını hücrenin yüzey antijenlerini kullanarak tespit edebilecek ve ilaçları gerekli bölgeye ileterek hastalığın yok edilmesini sağlayacak. Kanser tedavisinde nanorobotların uygulanması kemoterapinin yan etkilerini ortadan kaldırırken tedavi sürecini daha da hızlandıracak. Kullanılacak ilaçları, çok yüksek bir hassasiyet ve hızda ulaştırma potansiyeli olan nanorobotlar, hastalığın tedavisinde hızlı ve etkili bir şekilde rol oynayacak. Kanser görüntüleme araçlarının duyarlılığını arttırmada, ileri düzeydeki metastaz tedavisinde, ilaç direncinin ortadan kalkmasında görev alabilen nanorobotlar biyopsi analizi ile terapötik işlemlerde de kullanılabilir olmasıyla farklı pek çok tedavi imkanı sağlayacak.

Doku restorasyonu uygulanmasında pasif difüzyon yöntemi sayesinde kullanılabilen nanorobotlar ayrıca vasküler sistem yolu ile tedavi yöntemleri geliştirilmesi ve intravasküler tedavilerde kullanılacak. Diş sağlığı alanında da görev alan nanorobotlar diş operasyonları esnasında yaşanan ağrıyı azaltmada, hasar gören dokunun iyileşmesinde ve dişin dayanıklılığını artırma işlemlerinde kullanılacak. Rutin diş temizliği, beyazlatma, aşırı duyarlılık içeren tedavilerde ve ortodonti alanında yararlanılan nanorobotların diş hastalığı önleyici, dişi restore ve tedavi edici özelliklerinden de faydalanılacak. Ayrıca, biyomedikal alandaki kullanımı ile geleneksel tıbbi yöntemlerin yerini nanobotlara bırakacağı da değerlendiriliyor.

Tıbbın yanı sıra, askeri, sağlık ve çevresel konulara kadar geniş bir uygulama yelpazesine sahip olan nanorobot teknolojisi ayrıca tarım, elektronik, enerji gibi farklı alanlara da katkı sağlamaktadır.

Gen Tedavisi ve Biyoçipler

Geliştirilen medikal nanorobotlar genetik hastalıkları, DNA ve diğer proteinlerin moleküler yapısını kıyaslayarak istenilen yönde tedavi uygular. Bu esnada oluşabilecek bir probleme yerinde müdahalede bulunmak mümkündür. Tespit edilen olumsuzluklar düzeltilir ve proteinler DNA zincirine bağlanarak DNA yapısı orijinal haline kavuşturulur. Hastanın kanında dolaşan bu tip milyonlarca nano makine, gelecekte tıp dünyasında çok önemli bir yere sahip olacak ve hastalıklarla moleküler yollardan mücadele edilecek.

Biyoçipler sadece düzlemsel yüzeylerde sabit konumlu biyomoleküllerden oluşmaz, ayrıca mikro kanallarda ve hücrelerde veya sensörlerde de sabit pozisyonlu olarak bulunabilirler. Nano teknoloji insan vücuduna yerleştirilen bir nanoçip sayesinde vücutta meydana gelen değişikliklerin izlenmesi ve anlık olarak görüntülenmesini çok daha iyi bir seviyeye getirdi. Bu nanorobotların nanoelektronik, fotolitografi ve yeni biyomateryallerin ortak kullanımı ile üretimleri gerçekleştirilebilir.

Nanonetwork Uygulamaları

Nanoteknoloji uygulamaları sağlık ve askeri başta olmak üzere pek çok alan için önemli bir teknoloji. Düzenlenmiş bir dizi molekülden oluşan nano makineler küçük işlemleri yerine getirmek için yapılmışlardır. Nanonetworkler ise, nano makineler arasındaki iletişimi sağlamak için iş birliği ve bilgi paylaşımına izin veren yapıları tanımlar. Geleneksel iletişim teknolojilerini kullanarak bu bilgi paylaşımı ve iş birliğini sağlamak nanonetwork için çok uygun değildir. Nanonetworkler için moleküler alıcı ve vericiler, kanal modelleri veya protokoller gibi yeni çözümler talep eden ve elektromanyetik ya da akustik dalgalar yerine moleküllerin kullanılmasını baz alan yeni bir iletişim paradigması gereklidir. Moleküler iletişim teorisi gelecekte çok daha önemli bir konu olacak.

Savunma ve Çevresel Alanda Nanobotlar

Nükleer, biyolojik ve kimyasal savunma başta olmak üzere nanoteknolojilerin askeri alandaki uygulamaları çok geniş kapsamlıdır. Nano-aktüatörlerden ve nanosensörlerden oluşabilecek nanonetworkler belirlenen alan içerisinde biyolojik ve kimyasal ajanların tespitinde kullanılabilir. Askeri kıyafetlerde kullanılan gelişmiş kamuflaj sistemi için nanonetwork uygulamalarından faydalanılabilir. Bu nanonetworkler sayesinde askerlerin vücut sıcaklığını düzenleyen ve kontrol eden giyim malzemeleri üretilebilir.

Nanonetwork teknolojileri doğada bulunan biyolojik sistemlerden esinlenilerek geliştiriliyor ve aynı zamanda bu teknolojiler günümüz teknolojileriyle çözülememiş çevresel sorunların çözümünde kullanılabiliyor. Toksik ağır metalleri ve plastikleri su kütlelerinden ayrıştırmada kullanılan nanobotların çevre temizliği ve iyileştirme amaçlarıyla da kullanılması için çalışmalar sürüyor. Büyük bir atık ve kirlilik sorununun yaşandığı günümüz dünyasında nano filtreler de havanın içerdiği zararlı maddeleri süzerek hava kalitesinin artırılması amacıyla kullanılabiliyor.

Nanorobotlar sayesinde mevcut tedavi yöntemlerinin işlevleri artırıldı ve ayrıca yeni tedavi yöntemleri geliştirilmeye başlandı. Biyoloji ile mühendislik alanlarının ortak ürünü olan, moleküler ve hücre düzeyinde müdahalelere izin veren nanorobotlar şimdilik yaygın bir kullanıma ulaşamamış olsalar da bu alana yönelik yapılan çalışmalar gelişen teknolojiyle birlikte hızla devam etmekte. İnsan gözüyle görülemeyen atomların dizilimini belli bir düzene sokarak insanlık tarihini baştan yazmayı hedefleyen bilim insanları, insanlığın gelecek yaşantısına yön vermeyi planlıyor.

Benzer Yazılar