Biyomimikri ve Malzeme Teknolojileri

Biyomimetik materyaller, canlı organizmalar tarafından üretilen bir materyalin işlevlerini ve özelliklerini taklit etmek üzere tasarlanmış materyallerdir. [1] Biyomimetik materyaller, biyomalzemelerle benzer özellikler paylaşırlar.

Biyomimetik bir materyalin kriterleri ve başarısı, doğal işlevi ve yapısını geri kazandırırken herhangi bir zarar vermemesine bağlıdır.

Doğadan ilham alan malzeme örneklerine ve nelerden esinlendiklerine dair bazı örnekler:

Örümcek İpekleri

Örümcek iplikleri, mükemmel mukavemet, esneklik ve hafiflik özelliklerine sahip doğal malzemelerdir. Bu özelliklerinden ilham alınarak, örümcek ipeğinin protein temelli sentetik versiyonları üretilerek giyim, tıbbi uygulamalar ve mühendislik alanlarında kullanılıyor.

Diatematus isimli örümcek, karnındaki salgı bezlerini kullanarak yedi farklı tipte ipek üretebilir. Bu üretim metodunun benzerleri günümüzde birçok tekstil makinesinde kullanılmaktadır. Ancak bu örümcekteki birkaç milimetreküplük üretim yeri, tekstil makinelerinin devasa boyutları ile kıyas bile kabul etmez. Örümceğin bir başka üstünlüğü ise ürettiği ipliğin tamamen geri dönüşümlü olmasıdır. Örümcek bozulan ağını yiyerek yeniden iplikçik üretebilir. [2]

Lotus Etkisi

Lotus yaprağı, su itici bir özelliğe sahiptir ve üzerine düşen su damlalarını toplamaz, yuvarlayarak yüzeyde hareket etmelerini sağlar. Lotus yaprağından esinlenilerek, su iticiliği özelliğine sahip kaplamalar ve yüzeyler geliştirilmiştir. Bu tür kaplamalar, bina yüzeyleri, giysiler ve camlar gibi farklı alanlarda kullanılmaktadır.

Bu özel çiçeğin mikro-pürüzlü yüzeyi, toz ve kir parçacıklarını doğal olarak temizler, yaprakları her daim pırıl pırıl görünür. Bir mikroskop altında bir nilüfer yaprağına baktığınızda, toz lekelerini savurabilecek minik tırnak benzeri çıkıntıları görebilirsiniz. Su tanecikleri bir nilüfer yaprağı üzerinde yuvarlandığında, arkasında temiz ve sağlıklı bir yaprak bırakarak yüzeydeki her şeyi toplar. Alman şirketi Ispo, bu fenomeni araştırmak için dört yıl harcadı ve benzer özelliklere sahip bir boya geliştirdi. Boyanın mikro-pürüzlü yüzeyi, dış yüzeylerde yeniden boyanma ihtiyacını azaltarak toz ve kir birikmesini önlüyor. [3]

Karides Kabuğu Biyopolimerleri

Karides kabuklarından elde edilen biyopolimerler, plastiklere alternatif olarak kullanılabilir. Bu biyopolimerler, biyolojik olarak parçalanabilen, sürdürülebilir ve çevre dostu malzemelerdir. Ambalaj endüstrisinde ve tek kullanımlık plastiklerin yerini almak için kullanılabilirler.

Kelebek Kanatlarından Esinlenilen Malzemeler

Kelebek kanatları, güneş ışığını etkili bir şekilde yansıtarak parlak renkleri ortaya çıkarır. Bu optik özellikler, güneş panelleri ve yansıtıcı kaplamalar için yeni nesil malzemelerin tasarımında ilham kaynağı olmuştur.

Blue Morpho kelebekleri, parlak mavi renkleri ile meşhurdur. Bu parlak renk, kanat yüzeyindeki pulları kaplayan paketler halindeki çıkıntılar tarafından sağlanır. Bu çıkıntılar sıkıca paketlenmiştir ve bu sayede, kelebeğin kanatları çok geniş bir açı aralığında parlak görünebilir. [4]

Güney Kore’deki Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden Jung Shin ve çalışma arkadaşları; yansıtıcı özelliğe sahip bir malzeme üzerinde bu özellikleri taklit ettiler. Sprey ile yüzey üzerini silika mikroküreler depolayıp titanyum diyoksit ve silikon diyoksit katmanları ile kapladılar. Elde ettikleri bu film ile mavi renk üretebildiler.

Kafes Yapıları

Kemiğin iç yapısındaki kafes benzeri yapılar, yüksek dayanıklılık ve düşük ağırlık oranı sağlar. Bu tür yapılar, hafif ve dayanıklı malzemelerin üretiminde kullanılır, örneğin, uçak ve otomobil endüstrisinde yapısal parçalar için kullanılabilir.

Nanotüpler ve Karbon Nanotüpler

Karbon nanotüpler, karbon atomlarından oluşan silindirik yapılar olarak grafen levhaların sarmalanmasıyla elde edilir. Bu nanotüpler, yüksek mukavemet, düşük yoğunluk ve benzersiz elektriksel özellikler sunar. Nanotüpler, uzay endüstrisinden elektronik cihazlara kadar çeşitli alanlarda kullanılabilir.

Bazı kriter ve detaylar bir malzemenin biyomimetik olup olmamasını sağlar. Wired dergisinde yayınlanan bir makale, doğanın malzeme yapmak için kimyasal süreçleri nasıl kullandığını öğretmek için mükemmel bir öykü koleksiyonudur ve bu öykü biyomimetrik malzeme konusunda daha kavrayıcı örnekler sunar. “Garip Biyoloji En İyi Yeni Materyallere İlham Veriyor” isimli makale yaşam dostu kimyayı keşfetmek için zengin bir kaynak olmakla beraber ayrıca doğada bulunan süreçler ve kimyasallar hakkında bazı ilginç tartışmalara yol açabilir. Örneğin ‘Doğa kimyayı nasıl yapmaz?’ üzerine düşünülesi detaylar: [6]

1. Örümcek ipeği: Doğa, bir organizmayı (E. coli) başka bir organizmanın materyalini yapmak için kullanmaz, en azından doğrudan. Elbette, bağırsaklarımızdaki bakteriler bizim için yiyecekleri parçalar, bu da dokuları oluşturur ve enerji sağlar. Ancak bu, milyonlarca yılda gelişen karşılıklı bir ilişkidir. Örümcek ipeği yapmak için E. coli'yi devreye sokmak doğada doğal bir süreç değildir.

2. Dikenli bir bitki (Burr): Velcro, insanların biyomimikrinin ne olduğunu kavramasına yardımcı olmak için birçok kişinin kullandığı klasik bir örnektir. (7)Burr, bitki çengelleri veya dişleri olan bir tohum, kuru meyve veya bitkidir. Velcro işlevselliği ve özelliklerini burr bitkisinden esinlenereklamıştır.(8) Velcro ilk kez kumaş kanca ve halka bağlantı elemanı  (cırt cırt) üreten ve ticari olarak pazarlayan firmadır. Ancak Velcro, petrol ürünlerinden yapılır. Kancalar ve halkalar doğayı taklit eder, ancak malzemeyi değil.

Bu iki örnek, eleştirel düşünme ile biyomimikri ve malzeme konseptini daha kolay kavramamızı sağlamaktadır. Örümcek ipeği biyomikri örneği değildir. Bu örnekte biyomimetik bir materyal olmak için aranan kriter doğadan ilham alarak bir materyalin işlevselliğini ya da özelliklerini taklit etmektir. Bir materyal üretmek için canlı organizma kullanmak biyomimetik materyal kapsamına girmemektedir. İkinci örnek biyo-esinlidir ve bazıları biyomimikri olarak kabul edilir. Bitkinin kancalarını ve halkalarını taklit etme biçiminde doğayı taklit etmektedir. Bu örnekte olduğu gibi birçok biyomimetik ürün, doğadaki formu taklit etmeye odaklanır.

   
        [1] https://www.environmentbuddy.com/health-and-lifestyle/biomimetic-materials-architecture-and-examples/

        [2] https://vdemir.github.io/bilim/Biomimetik-Tekoloji-Dogayi-Taklit-Ediyor/
        
        [3] https://www.temizmekan.com/tasarimda-doganin-iz-dusumu-biyomimikri/
        
        [4] http://arsiv.mugekny.com/?p=157
        
        [5] http://nanoturkiye.blogspot.com/2008/04/nano-101-karbon-nanotpler-1.html
        
        [6] https://biomimicry.org/materials-in-nature/
        
        [7] https://en.wikipedia.org/wiki/Bur
        
        [8] https://tr.wikipedia.org/wiki/Velcro