top of page

Biyomimikri: Pencereniz ve İstiridye Kabukları Arasındaki Bağlantı

“Adını da cırt cırt koyarız!” sözleri George de Mestral’in ağzından çıktığında köpeğinin verebildiği tek cevap “Hav hav?” olmuştur herhalde. Cırt cırtın icadı hemen hemen hepimizin oradan ya da şuradan duyduğu hikayelerden. Kısaca anlatmak gerekirse, köpeğinin üstündeki dikenleri çıkartmaya çalışan bir adam dikenlerin yapısını incelediğinde istediği zaman birleştirip ayırabileceği iki yüzey elde edebileceğini fark etmiş.


Biyomimetik (ing.:biomimicry) adını verdiğimiz şey de tam olarak bu. İnsanların doğada halihazırda var olan modelleri incelemesi, sonrasında da bunları kullanarak taklit sistemler ve malzemeler üretmeleri. Mesela denizde yaşayan bazı yumuşakçaların (istiridye, midye gibi) kabuklarının yapısından esinlenilerek yeni bir tür cam üretilmiş desem? Alakaya maydanoz, nasılmış bu iş diye aklınızdan geçirdiniz mi? O zaman başlayabiliriz.


Görsel 1: Meksika’dan bir istiridyenin iç yüzeyi

Cam, hemen hemen her alanda kullandığımız oldukça sert ve şeffaf bir malzeme. Aynı zamanda fazlasıyla kırılgan ve darbe aldığında oluşan kırık parçalar keskin ve tehlikeliler. Elbette bilim insanları yıllar boyu bu sorunu çözmeye çalışmışlar. Temperli ve lamine cam ulaştıkları çözümlere verilebilecek en iyi örneklerden. Aldığı darbeyi her tarafına yayan ve bu sayede kum gibi parçalanan temperli cam bu keskin parçaların tehlikesini ortadan kaldırıyor. Lamine camda ise araya konan plastik, kırık parçaların bir bütün halinde durmasını sağlıyor. Ne yazık ki bu teknikler camın kırılganlığını azaltmadığından her ikisi de darbelere karşı çok da dayanıklı değiller.


İstiridyelerinse böyle dertleri yok, kabuklarının sahip olduğu mikro yapı sayesinde oldukça dayanıklılar. Kabuklu yumuşakçaların bazılarının kabuğunu oluşturan sedefin yapısı, -bir çeşit kalsiyum karbonat olan- altıgen aragonit levhaların istiflenmesi ve istiflerin arasına elastik biyopolimerlerden (kitin, lustrin gibi) oluşmuş başka levhaların yerleşmesiyle oluşur. Yapıdaki bu istifler gelen noktasal darbeyi daha geniş bir alana yayar ve emilimi kolaylaştırarak darbenin şiddetini düşürür. Polimerlerden gelen elastiklik ise dayanıklılığı artırır ve sapasağlam bir kabuk elde etmiş olursunuz. Adeta minik bir zırh gibi… İstiridyeler ne kadar da şanslılar!


Bu kabuklardaki levha yapısını lamine camla bütünleştirdiğimizde hem dayanıklı hem de kırıldığında parçalara ayrılmayan dolayısıyla tehlike oluşturmayan bir cam elde ediyoruz. Sedefin mikro yapısı taklit edilerek oluşturulan sistemde, incecik cam levhalar lazer kullanılarak altıgen haline getiriliyor ve aralarına eklenen şeffaf termoplastik elastomer (bir tür polimer) sayesinde bu levhalar birbirlerinin üzerinde kayarak darbeyi dağıtıyor ve kırılganlık azaltılmış oluyor. Elde ettiğimiz yeni cam, temperli ve lamine camlara göre darbeye karşı 3 kata kadar daha dayanıklı.


Görsel 2: Plakalar halinde üst üste dizilmiş denizkulağı sedefleri

Bilim insanları kabukların ilginç yapısını bir süre daha inceledikten sonra fark etmişler ki sedefli tabakanın üstü prizmatik kalsit olarak adlandırılan daha sert bir başka maddenin oluşturduğu tabaka ile kaplı. Bundan yola çıkarak yaptıkları deneylerde istiflerin en üst tabakasına konulan ince ve büyük cam bir levhanın yüzey sertliğini ve genel dayanıklılığı artırıp aynı zamanda da su geçirmezlik sağladığını gözlemlemişler. Doğayı taklit ederek oluşturulmuş bu sedef yapılı camlar kırıldıkları zaman tehlike oluşturmuyor ve aynı zamanda daha dayanıklılar.


Bilimin, doğa ve yaratıcılıkla birleşmesi sonucu keşfedilebilecek bilgilerin sınırı yok gibi görünüyor. Belki de modern dünyanın çoğu sorununa çözümler yanı başımızdaki doğanın içinde bir yerlerde bulunmayı bekliyordur. Tek sıkıntı, bu gizemi çözmenin oldukça çaba gerektiriyor olması. Çoğumuzun sahilde bir istiridye kabuğu bulduğunda aklına gelecek ilk şeyin kabuğun mikro yapısını inceleyerek gelişmiş bir tür cam icat etmek olacağını hiç sanmıyorum ama kim bilir belki bir gün siz de kendinizi ağzınızdan “Adını da cırt cırt koyarız!” gibisinden bir şeyler çıkarken bulabilirsiniz.


Yazar: Damla Gül



REFERENCES


Behr, R. A., Minor, J. E., & Norville, H. S. (1993). Structural behavior of architectural laminated glass. Journal of Structural Engineering, 119(1), 202-222.


Haliotis fulgens (green abalone) (San Benito Island, Baja California, Mexico) 2. (2016, January 2). Flicker. https://www.flickr.com/photos/jsjgeology/24117855621/in/photostream/


Nielsen, J. H., Thiele, K., Schneider, J., & Meyland, M. J. (2021). Compressive zone depth of thermally tempered glass. Construction and Building Materials, 310, 125238.


Nudelman, F., Gotliv, B. A., Addadi, L., & Weiner, S. (2006). Mollusk shell formation: mapping the distribution of organic matrix components underlying a single aragonitic tablet in nacre. Journal of structural biology, 153(2), 176-187.


Yin, Z., Hannard, F., & Barthelat, F. (2019). Impact-resistant nacre-like transparent materials. Science, 364(6447), 1260-1263.


bottom of page