Filmlerde gördüğümüz programlanabilir madde nedir?

Bilim kurgu filmlerini izlerken hepimizin gözünü kamaştıran sahneler var. Liquid metal karakterinin yeniden şekillenmesi, nano robotların vücut içinde dolaşması ya da bir anda köprüye dönüşen akıllı malzemeler. Bu etkileyici görüntülerin arkasındaki konsept programlanabilir madde olarak biliniyor. Peki bu sadece Hollywood’un hayal gücü mü yoksa gerçek bilim dünyasında da böyle şeyler mümkün mü?

Terminator serilerinden bildiğiniz T-1000 karakteri programlanabilir maddenin popüler kültürdeki en bilinen örneği. Robert Patrick’in canlandırdığı bu karakter sıvı metal formunda istediği şekli alabiliyordu. Benzer şekilde Marvel evrenindeki Venom da kendini sürekli yeniden şekillendiren bir organizma olarak karşımıza çıkıyor.

Bu filmler bize maddenin fiziksel özelliklerini değiştirebildiği, farklı formlara girebilidiği ve hatta kendi kendini tamir edebildiği bir dünya sunuyor. Big Hero 6’daki mikrobotlar da bu kategoriye giriyor. Binlerce küçük robotun bir araya gelerek istenen şekli aldığı sahne gerçekten etkileyici.

Bilim dünyası programlanabilir madde hakkında ne diyor?

Gerçek bilim dünyasında programlanabilir madde araştırmaları 1990’lardan beri devam ediyor. MIT, Carnegie Mellon ve Stanford gibi üniversitelerde ciddi çalışmalar yapılıyor. Tabii ki filmlerdekilerin yanında çok daha mütevazı seviyedeyiz ama ilerleme kayda değer.

Programlanabilir madde temel olarak fiziksel özelliklerini değiştirebilen, yeniden şekillendirilebilen ve kendi kendine organize olabilen malzemeler anlamına geliyor. Bu malzemeler genellikle iki şekilde çalışıyor. Ya bireysel parçacıklar bir araya gelerek farklı yapılar oluşturuyor (swarm robotics gibi) ya da malzemenin kendi moleküler yapısı değişiyor. Peki şu anda bu alanda nasıl ilerlemeler var?

• Şekil hafızalı alaşımlar
  • Bugün kullandığımız en yaygın programlanabilir malzemeler şekil hafızalı alaşımlar. Bu malzemeler ısı, elektrik ya da manyetik alan etkisiyle önceden programlanmış şekillerine dönebiliyor. Gözlük çerçevelerinden havacılık endüstrisine kadar birçok alanda kullanılıyor.

• Mikro robotlar
  • Harvard Üniversitesi’nden araştırmacılar, termitlerden esinlenerek TERMMES adında mikro robotlar geliştirdi. Bu robotlar bir araya gelerek tower, köprü gibi yapılar inşa edebiliyor. Her robot diğerleriyle iletişim kurarak kollektif davranış sergiliyor.

• Akıllı tekstiller
  • MIT’de geliştirilen 4D printing teknolojisi, basıldıktan sonra zaman içinde şekil değiştiren malzemeler üretiyor. Bu malzemeler nem, ısı ya da ışık etkisiyle önceden programlanmış formları alıyor. Tekstil endüstrisinde kendiliğinden bükülen kumaşlar ya da spor ayakkabılarında ayağa göre şekillenen tabanlar gibi uygulamaları mevcut.

• Nano ölçekte çalışmalar
  • DNA origami tekniği ile bilim insanları, DNA iplikçiklerini kullanarak nano boyutta makineler yapabiliyor. Bu makineler ilaç taşıma, hücre içi operasyonlar gibi tıbbi uygulamalarda kullanılıyor. Tabii boyutları nanometre seviyesinde olduğu için gözle görmek mümkün değil.

Programlanabilir maddenin gelecekteki uygulamaları gerçekten heyecan verici. Tıp alanında vücut içinde dolaşan ve hasarlı dokuları onaran nano robotlar, inşaat sektöründe kendi kendine şekillenen yapı malzemeleri ve uzay araştırmalarında farklı görevler için dönüşen araçlar düşünülebilir.

Carnegie Mellon’dan Seth Goldstein programlanabilir maddenin sonuçta fiziksel dünyayı dijital dünya kadar esnek hale getirebileceğini söylüyor. Bilgisayarda nasıl dosyaları kopyalayıp yapıştırıyorsak gelecekte fiziksel nesneleri de aynı şekilde manipüle edebiliriz.

Tabii ki çözmemiz gereken ciddi sorunlar var. Enerji tüketimi bu alandaki en büyük sorun. Filmlerdeki karakterler sınırsız enerjiye sahipmiş gibi görünüyor ama gerçekte her dönüşüm enerji gerektiriyor. Milyonlarca küçük robotun koordineli hareket etmesi için gerekli enerji ve kontrol sistemleri henüz pratik değil.

İkinci büyük sorun malzeme bilimi. Sürekli şekil değiştiren bir malzemenin dayanıklılığını koruyabilmesi çok zor. Filmlerdeki gibi sıvıdan katıya geçişler yapabilecek malzemeler henüz mevcut değil. Üçüncü sorun da kontrol sistemi. Milyarlarca parçacığın aynı anda kontrol edilmesi inanılmaz hesaplama gücü gerektiriyor. Bu da şu an için teknik olarak mümkün değil.

Yani programlanabilir madde kesinlikle gerçek bir araştırma alanı ve kayda değer ilerlemeler var. Ancak filmlerde gördüğümüz kadar dramatik dönüşümler yakın gelecekte mümkün görünmüyor. Belki 50-100 yıl sonra şaşırtıcı gelişmeler göreceğiz ama şu an için mütevazı uygulamalar yapabiliyoruz.

En gerçekçi yaklaşım programlanabilir maddeyi tamamıyla otonom bir sistem olarak değil, kontrollü ortamlarda belirli görevler yapan özel malzemeler olarak görmek. Tıpkı akıllı telefonların 30 yıl önceki bilim kurgu filmlerindeki cihazları gerçekleştirmesi gibi programlanabilir madde de zamanla hayatımızın parçası olacak. Sadece filmlerdeki kadar çarpıcı olmayabilir ama o kadar da uzak değil.