Disiplinler
arası çalışmaların başarıyla uygulanmasıyla nanoteknoloji son yirmi yıl içinde
önemli ilerlemeler göstermiştir. Başarıdaki en önemli etken maddenin nano
seviyelerde gözlenebileceği ve manipüle edilebileceği cihazların
geliştirilmesidir. Taramalı tünelleme mikroskopi, magnetik kuvvet mikroskopisi
ve elektron mikroskopisi gibi teknolojik teknikler, bilim adamlarına atomik
seviyeleri gözlemleyebilme ve inceleme olanağı sağlamıştır.
Nanoteknoloji
ürünleri genelde dört jenerasyon altında toplanır; 2020 ve sonrası için ümit
edilen gelişmeler beşinci jenerasyon (Tekillik
Teknolojiler) olarak tanımlanmaktadır.
1. Jenerasyon: Pasif Nanoyapılar
(2000-2005)
Birinci
periyotta, nanotüpler ve nanotabakaları da kapsayan nanomalzemelerin pasif
özelliklerinin avantajları incelenmiştir. Örneğin, güneş koruyucularda ultraviyole
ışığı absorblama ve yansıtma özelliği nedeniyle çoğunlukla titanyum dioksit
kullanılır. Titanyum dioksit nanoboyutlara ufalandığında görünür ışığıa karşı
transparan olduğundan geleneksel güneş koruyucuların beyaz kremsi görünümünü
yok eder. Karbon nanotüpler hafiftir, gerilme kuvveti çelikten çok daha yüksektir.
Karbon nanotüp içeren tenis raketleri, ağırlık artışı olmaksızın, daha sıkı ve
sert bir yapı kazanır. Diğer tipik bir örnek de, bir nanotabaka malzemeyle
kaplandığında paslanmaya-dayanıklı iplikler elde edilmesidir. Tüm bu ürünler
nanoskalada üretimlerin eşsiz özelliklerinin avantajlarına sahiptir; ancak
ürünlerin içerdiği nanomalzemeler ürün içinde statiktir, yani değişmeden kalır.
2. Jenerasyon: Aktif Nanoyapılar
(2005-2010)
Aktif
nanoyapılar kullanım sırasında bulunduğu çevreye bağlı olarak değişirler.
Nanopartiküller kanser hücreleri arayıp bulmalı ve eklenmiş olan ilacı
bırakabilmelidir. Bir konstrüksiyon malzemesine gömülmüş bir nanomekanik alet,
malzemenin strain (gevşeme) altında olduğunu algılayabilmeli ve herhangi bir
yırtılmayı onaracak epoksi malzemeyi salıvermelidir. Veya bir nanomalzeme
tabaka, bir güç sisteminde elektrik yükü algılayarak güneş ışığının varlığını
gösterebilir. Bu jenerasyondaki ürünler, bir nanomalzeme yapısının daha
derinden incelenmesini ve özel malzemelerin dizaynını kapsar.
3. Jenerasyon: Nanosistemlerin
Sistemleri (2010-2015)
Bu aşamada,
nanoaraçların montajlanması ve beraber çalışması sağlanarak son noktaya
ulaşılır. Buradaki anahtar, ana komponentlerin bir ağörgüsü (network) içinde
birlikte çalışmasıdır. Proteinler veya virüsler küçük diziler şeklinde monte
olabilir. Nanoyapılar, kemik veya dokuların büyüyebileceği bir kafes içinde
self-montajlanabilir (kendini-düzenleyebilir). Akıllı tozlar (mikromekanik
sistemler, sensörler gibi) bir bölgede insanların varlığını ve yerleşin
durumunu algılayabilir. küçük nanomekanik aletler kanser hücrelerinin
araştırılmasında ve hücrelerin onarılmasında uygulanabilir. Bu jenerasyon
robotikler, biyoteknoloji ve yeni bilgi teknolojisinde büyük ilerlemelerin
başlangıcı olarak kabul edilebilir.
4. Jenerasyon: Moleküler Nanosistemler
(2015-2020)
Dördüncü
jenerasyon moleküler ve atomik sistemlerin akıllı dizaynları aşamasıdır; tüm
doğal ve el-yapımı şeylerin temel yapı taşlarını anlamaya ve kontrol altına
almaya yönelik çalışmaları kapsar. Bu aşamada, çeşitli belirsizlikler olmasına
rağmen, farklı elementlerin spesifik nanoskala özelliklerinden yararlanmak için
moleküler ve hatta atomik seviyede hazırlanmış malzemelerle çalışılır. Araştırmalar
başlıca, ışık ve madde arasındaki etkileşim, makine-insan arayüz, ve moleküllerin
dizaynında atomik manüplasyon konularını kapsar. Bunar arasında multifonksiyonal
moleküller, mühendislik nanoyapıların sentez ve kontrolünde uygun katalizörler,
hücre içi incelemeler,kompleks sistem dinamikleri ve kontrolde biyomimetiklerin
kullanılması konuları tipik örneklerdir.
5. Jenerasyon: Tekillik (Yakınsaklaşan)
Teknolojiler (2020 ve Sonrası)
Her
eksponensiyal eğrinin sonu, büyüme hızının hemen hemen sonsuz olduğu bir
noktadır; bu noktaya genellikle “tekillik (singularity)” denir. Teknoloji eğer
eksponensiyal bir hızla ilerlerse 2020 yılından sonra neler olabilir? Teknoloji
benzer şekilde devam eder, fakat bu aşamada bazı gözlemcilere göre, bugün
‘bilim kurgu’ gibi görünen, bilimsel ilerlemelerin agresifçe kendi momentumunda
ve eşi görülmemiş seviyelerde hızlanacağı bir periyot yaşanacaktır. Tekilliğin
ötesinde, insan toplumu bugünküyle kıyaslanamayacak kadar farklı olacaktır.
Tekillik için birkaç varsayım ileri sürülebilir. Birincisi sürekli malzeme
talebi ve rekabet baskılarının devamıyla teknolojinin ilerlemesi. İkincisi
yapay zekanın ilerlemesi, bilgisayarların bilimsel keşifleri ve teknolojik
değişiklikleri hızlandırması. Diğer bir varsayım da günümüzde, malzeme
yetersizliği, insan sağlığı, çevresel bozulmalar gibi teknolojiyle
çözülebilecek pek çok problemin varlığıdır.
Tekilliğe inanılır veya inanılmaz, ancak nanoteknolojinin toplum için olası etkileri çok fazla büyütülmemelidir. Örneğin, ‘bir şey’in son beş yıldaki gelişimi veya ilerlemesi, uzmanların önceden tahmin ettiğinden daha hızlı olabilir. Bilimin hızla ilerleyebilmesine rağmen teknoloji ve gündelik yaşam, bazı nedenlerden dolayı, çok az değişmektedir. Bunlardan birincisi, bilimsel keşiflerin yeni ürünlere uygulanmasının zaman alması, özellikle de mevcut pazarın bu ürünlere uygun olmamasıdır. İkinci neden bireyler ve kurumların değişime karşı büyük bir direnç göstermesidir. Çünkü yeni teknoloji çoğu zaman önemli derecede organizasyon ve fiyat değişikliği gerektirir; bu da yeni keşiflerin sosyal yaşama girmesini zorlaştırır. Örneğin, bilgisayar teknolojisinin başlangıçta ekonomik verimlilik üzerinde önemli bir etkisi olmadı; ancak çalışma ofislerinde ve proseslerde geniş bir integrasyon uygulaması başlatıldıktan sonra hızla yayıldı. Bazı firmalar yeni teknolojilere hızla, bazılarıysa biraz gecikmeli adapta oldular.
Tekilliğe inanılır veya inanılmaz, ancak nanoteknolojinin toplum için olası etkileri çok fazla büyütülmemelidir. Örneğin, ‘bir şey’in son beş yıldaki gelişimi veya ilerlemesi, uzmanların önceden tahmin ettiğinden daha hızlı olabilir. Bilimin hızla ilerleyebilmesine rağmen teknoloji ve gündelik yaşam, bazı nedenlerden dolayı, çok az değişmektedir. Bunlardan birincisi, bilimsel keşiflerin yeni ürünlere uygulanmasının zaman alması, özellikle de mevcut pazarın bu ürünlere uygun olmamasıdır. İkinci neden bireyler ve kurumların değişime karşı büyük bir direnç göstermesidir. Çünkü yeni teknoloji çoğu zaman önemli derecede organizasyon ve fiyat değişikliği gerektirir; bu da yeni keşiflerin sosyal yaşama girmesini zorlaştırır. Örneğin, bilgisayar teknolojisinin başlangıçta ekonomik verimlilik üzerinde önemli bir etkisi olmadı; ancak çalışma ofislerinde ve proseslerde geniş bir integrasyon uygulaması başlatıldıktan sonra hızla yayıldı. Bazı firmalar yeni teknolojilere hızla, bazılarıysa biraz gecikmeli adapta oldular.
Tipik malzeme boyutları-zaman (yıl) grafiği
Tablo: Endüstriyel Prototiplendirme ve
Nanoteknolojiyi-Ticarileştirmenin Zaman-Çizelgesi; Beş Jenerasyon
1.
Jenerasyon; Pasif Nanoyapılar
|
||
~2000-2005
|
a. Dispers ve temaslı nanoyapılar
b. Nanoyapılı ürünler
|
Aerosoller, kolloidler
Kozmetikler
Farmasetikler
Yiyecek endüstrisi
Kaplamalar
Nanopartikül takviyeli kompozitler
Nanoyapılı polimer, metal ve seramikler
|
2.
Jenerasyon; Aktif Nanoyapılar
|
||
~2005-2010
|
a. Biyo aktif sağlık etkileri
b. Fizikokimyasal aktif etkiler
|
Nano-biyoteknoloji
Nöro-elektronik arayüzler
NEMS
Hassas mühendislik
Hibrid nanoüretim
|
3.
Jenerasyon; Nanosistemlerin Sistemleri
|
||
~2010-2015
|
Güdümlü montaj; 3D ağ yapı ve yeni hiyerarşik mimariler, evrimsel biyosistemler
|
Nanorobotikler
Rejeneratif ilaç
Beyin-makine arayüz
Ziraat mühendisliği
|
4.
Jenerasyon; Moleküler Nanosistemler
|
||
~2015-2020
|
Özel moleküler dizaynlar, atomik dizaynlar, yeni fonksiyonlar
|
Nöromorfik mühendisliği
Kompleks sistemler
İnsan-makine arayüz
|
5.
Jenerasyon; Tekillik (Yakınsaklaşan) Teknolojiler
|
||
~2020- …
|
Hibrid nano-biyo-iletişim-tıp-… alanları
|
|
