Bilimsel içerikler

Category archive

Teknoloji

Vanadyum: Güçlü Çelik, Enerji Verimliliği ve Dahası

in Sanayi Devrimi 2.0/Teknoloji/Yeşil Dünya
vanadyum

Vanadyum İspanyol maden bilimci Andres del Rio tarafından 1801 yılında Mexico City’de keşfedildi. Bu elemente eritronyum adını verdi ancak diğer bilim adamları yeni bir element keşfettiğine henüz tam olarak inanmamışlardı. 1830 yılında ise Nils Gabriel Sefstrom vanadyumu “tekrar” keşfetti. Saf vanadyumu ise 1867 yılında ilk kez Sir Henry Enfield elde etti.

Dünyanın hemen hemen bütün vanadyum rezervi Güney Afrika, Çin ve Rusya’da bulunmaktadır. Vanadyum bu bölgelerde alaşım olarak bulunmaktadır. Genel olarak da alaşım olarak faydalanılan bu maden, çelik alaşımını güçlendirmekten, enerji depolamaya kadar farklı yararlar sağlamaktadır.

Doğada ve Endüstride Vanadyum

Vanadyum toprakta, suda, bitki ve hayvanlarda, ufak miktarlarda bulunmaktadır. Mesela bazı balıklar suda bulunan vanadyumu kullanarak kendilerini vahşi yaşamda koruyabilmek için toksin madde üretmektedirler.

İnsanlar da yiyeceklerde bulunan eser miktarda vanadyumu tüketmekdirler. Fizyolojimizde bir yeri olabilieceği anlamına gelse de henüz yararları üzerine bir araştırma sonucu bulunmamıştır. Yüksek miktarda alınan vanadyum dozunun ise baş dönmesi, mide bulantısı ve göz, burun bölgesinde rahatsızlığa sebep olduğu gözlemlenmiştir.

Endüstride ise daha çok çelik ve diğer alaşımları güçlendirmek amaçlı olarak kullanılır. Küçük oranda eklenen ferrovaradyum bu metal alaşımlarını daha güçlü ve sıcağa karşı dayanıklı yapmaktadır. Aynı zamanda vanadyum dioksit de cama mavi veya yeşilimsi rengi katmak için kullanılmaktadır.

Enerji Depolama

2006 yılında bir Amerikan ve bir Alman şirketi Nevada, ABD’de bir vanadyum madeni açmak için beraber yola çıkmışlardır. Bu madende elde ettikleri vanadyum ile vanadyum redoks pili yapmayı amaçlıyorlardı. Yeniden şarj edilebilen pillerin bi türü olan redoks pilleri; temelde elektronun negatif yüklü bir sıvıdan (anot), membran üzerinden geçerek, pozitif yüklü diğer sıvıya geçmesi mantığıyla çalışır.

Bu vanadyum redoks pilleri enerji saklanmasında önemli bir rol oynayabilecektir. Örneğin geceleri üretilen fazla enerjinin, talebin daha fazla olduğu gündüz vaktinde kullanılmasını sağlamak amacıyla saklanması, veya gündüzleri evlerde bulunan güneş panellerinin ürettiği enerjiyi akşamları ev sakinlerinin daha çok enerjiye ihtiyaç duydugu vakitte kullanabilmeleri için saklanması gibi farklı yararları olacaktır.

Ancak vanadyum madenlerinin yakın zamanda tükenebileceği düşünüldüğü için vanadyumun enerji korunumu konusunda ne denli büyük bir etki yapacağı halen belirsizliğini korumaktadır. Çeliğe eklenen vanadyum miktarının da çok düşük olduğu göz önünde bulundurulduğunda, çelik geri dönüşümünün de bu talebe cevap veremeyeceği düşünülmektedir.

Kuantum Bilgisayarlar: Yeni Sürüme Geçme Zamanı mı?

in Teknoloji
kuantum_bilgisayarlar

Akıllı telefonlarınızda ne sıklıkta mesajlaşıyorsunuz? Ya da laptop karşısında çok vakit geçirir misiniz? Haftasonu kahvaltı yapmak için yeni bir yerler ararken GPS’e ihtiyaç duyuyor musunuz? Bu ve çok daha basit işlemleri dahi yaparken aslında bir bilgisayar kullanıyoruz ve bilgisayarlar kuantum mekaniği olmadan var olamazlardı.

Kuantum mekaniği atom altı parçacıkların hareket ve etkileşimlerini inceleyen fizik biliminin bir alt koludur aslında. Bu şekilde ifade edildiğine bi hayli kompleks gözükse de temelde az önce tarif ettiğimiz basit işlemler için dahi kullandığımız bir prensiptir.
Günlük yaşamda kullandığımız telefon ve bilgisayarlarımız her ne kadar kuantum mekaniği prensiplerine göre hareket etse de, aslında hiç biri kuantum bilgisayarı değildir. Bir bilgisayara kuantum bilgisayarı diyebilmemiz için doğrudan kuantum mekanikleri ile veri işliyor olması gerekmektedir. Teoride bu şekilde çalışan bir bilgisayar ise günümüz bilgisayarlarından binlerce kat daha hızlı bir şekilde veri işleyebilme kapasitesine sahiptir.

Peki verileri hızlı işlemek neden bu kadar önemli? Çünkü artık insanlar her geçen gün çok daha fazla veri üretmeye başladı. Attığımız adımlar, yolladığımız mesajlar, sosyal medya hesaplarımız derken günün her anında veri üretir olduk. Bu verilerin gittikçe büyümesi de hızlı hesaplamalara ihtiyaç doğurmaya başladı. Bu sebepler de kuantum bilgisayarları heyecan verici bir gelişmeye dönüştürüyor.

Bazı Temel Prensipler

Kuantum Mekaniği bazı temel prensiplere sahiptir. Bunlardan biri de süperpozisyondur. Süperpozisyon bir atomaltı parçacığın siz gözlemleyene kadar aynı anda tüm durumlarda (enerji seviyelerinde) bulunması anlamına gelir. Algılaması güç geldiyse şöyle bir örnekle açıklayalım. Ben sizin nerede olduğunuzu görene kadar sizin bana hem Ankara’da hem de İstanbul’da olduğunuzu söylemeniz gibidir.
Bir çoğunuzun da bildiği gibi günümüzde bilgisayarlar verileri bit olarak saklar. Her bir bit 0 ya da 1 ile temsil edilir. Örneğin 2 bitten oluşan bir seri ancak şu dört değerden birini alabilir: 00, 01, 10 ve 11. Günümüz bilgisayarları ise bu 4 değerden sadece birini doğru kabul ederek işlem yaparlar.
Kuantum bilgisayarlar ise süperpozisyon sayesinde kuantum bitler(kubit) kullanırlar. Kubitler veriyi hem 0 hem de 1 olarak tutarlar ta ki bilgisayar o kubite ulaşmak isteyene kadar. O kubite ulaşıldığında ise ya 0 ya da 1 değerini alacaktır. Aynen benim sizin Ankara’da olduğunuzu öğrenmem gibi.
Bu da şu anlama geliyor; kuantum bilgisayarlar 2 bitten oluşan verilerin 4 muhtemel değerini de kullanarak hesap yapabileceklerdir. 4 kat kulağa çok gelmeyebilir ama veriler de zaten çok daha fazla bitten oluşurlar. Mesela 10 bitten oluşan bir veri 1024 (2^10) muhtemel değere sahiptir. Bu şekilde bakıldığında kuantum bilgisayarların, günümüz bilgisayarlarına kıyasla neden çok daha güçlü olduklarını anlamak zor olmasa gerek.

Yeni donanım ve yazılımlar

Kuantum bilgisayarları üretmek hiç de kolay değildir. Günümüz bilgisayarları mini transistörler kullanarak 0 ları düşük, 1 leri yüksek voltajlarla temsil ederler. Ancak kuantum bilgisayarların kubitleri kullanabilmeleri için atomaltı parçacık karakteristiklerine erişmeleri gerekmektedir.

Yani bir kuantum bilgisayar üretebilmek için kubitleri kullanabilecek yapıda bir donanım gerekmektedir. Bunun için de belli başlı teknikler mevcuttur. Bir teknikte süperiletken devreler kafes şeklinde örülerek kubitler bu kafeslerde saklanıp mutlak sıfır sıcaklıgın hemen üzerinde bir sıcaklıkta sabit tutulacaktır. Diğer bir teknikte ise elektromanyetik alanlar içerisine iyon atomları sıkıştırılarak kubitler saklanmaktadır.

Bu donanımsal sorunların yanı sıra yazılımsal sorunlar da kuantum bilgisayarların üretimi önündeki mevcut temel zorluklardan biridir. Kuantum mekaniğinin belirsizlik temelli kubitlerini kullanabilecek bir yazılım dili henüz mevcut değildir. Günümüzde mevcut yazılım dilleri bir verinin aynı anda sadece 1 adet belirli bit kombinasyonuna işlenebilmesini baz almaktadır.

Umut vaadeden teknoloji

Kuantum bilgisayarlar bu zorluklar aşılıp kullanılmaya başlandığında bir çok yararı beraberinde getirecektir. Süper hızları sayesinde bir çok deney ve simülasyon bilgisayarlar ile çok hızlı sürede yapılabilecek, bu da daha güvenli ulaşım enerji korunumu yüksek makineler, daha efektif tedavi yöntemleri gibi farklı alanlarda farklı konularda araştırmaları ileriye taşıyacaktır.

Yanlış ellere geçmeleri durumunda kötü sonuçlar da doğruabilecek bu teknoloji, her alanda oldugu gibi bazı riskleri de taşımaktadır. Şifrelerin arkasında korunan banka transferlerini geçmek, devlet verilerine ulaşmak kuantum bilgisayarlar ile hiç olmadığı kadar kolay olabilir.

Bu yüzden her teknolojik gelişmede olduğu gibi bu alanda da dikkatli ve sorumlu davranmak son derece önem arz etmektedir.

Gözlerin Açılması: Star Trek’ten Tıp Bilmine

in Sağlık/Teknoloji
smart_lens

Star Trek (Uzay Yolu) evreni TV şovları ile başladı 1960'lı yıllardan itibaren izleyiciler yeni garip dünyalar keşfetmeye başlayabildi, yeni yaşam ve yeni medeniyetler araştırabildi ve ayak basılmamış yerlere cesurca gidebildiler. Bütün bunları oturma odası konforunda yaşadılar. Ama bir çıkmaz vardı. İzleyicilerin Star Trek evrenini tam olarak tecrübe edebilmeleri için şovu “izleyebilmeleri” gerekiyordu.

Görmek insanoğlunun baskın duyusu. Çoğu kişi dünya ile etkileşime geçebilmek için görüşe diğer tüm duyulardan daha bağımlıdır. Ama herkes görme duyusunu tam kapasite kullanamaz. 2014 yılında dünya genelinde yaklaşık 285 milyon kişide görme azlığı vardı. 4 milyonu Kanadalı olmak üzere 39 milyonu ise âma olarak nitelendiriliyordu. Ne mutlu ki modern tıp görüşü iyileştirmek ve belki de körlüğü yok etmek için yeni yollar buluyor.

Görme Azlığını Gidermek

Görme azlığı, körlükten çok daha yaygın bir sorun. Ancak British Columbia tarafından geliştirilmekte olan yeni teknoloji gözlük, kontakt lens veya lazer göz cerrahisine ihtiyaç duyan kişilere mükemmel bir görüş sağlayabilir.

Bir başka teknoloji ise biyonik lensler. Bunlar şeffaf esnek düğmelere benziyor ve her bir hastanın gözünün 3 boyutlu modeli temel alınarak ayrı ayrı hazırlanıyor. Yerleştirilen lensler göz içindeki kaslara bağlanıyor. Bu lensler aynı görüntüyü görmek için, gözünüzün doğal lensinin yüzde biri kadar enerjiye ihtiyaç duyuyor.

Bunların yanı sıra yaşlandıkça görme alanınız zayıflıyor. Sonuç olarak eninde sonunda katarakta yakalanabilirsiniz. Ama Ocumetic firmasının ürettiği bu biyonik lensler yaşamınız boyunca mükemmel görüşü sürdürebilmenizi sağlayabilir. Ve gözleriniz bozulan görüntüyü telafi etmek zorunda kalmayacağı için hiçbir zaman katarakta yakalanmazsınız. Klinik deneyler başladı, şirket bu ürünü 2018 yılında üretmeye başlamış olmayı ümit ediyor.

Gözlerin Açılması; Star Trek Stili

Geordi La Forge, Star Trek: The Next Generation ( Uzay Yolu: Yeni Nesil) filminin başmühendisi. Kör olarak dünyaya gelmişti ama giydiği bir vizör görmesine olanak sağladı. Sonrasında göz merceği implantları ise gözlerinin açılmasını sağladı. Bu her iki fikir de, görüşün zamanla bozulmasına yol açan tavuk karası (retinitis pigmentoza, gece körlüğü) isimli kalıtsal göz hastalığına şifa sunan yaratıcı tedavi yöntemleri.

Peki görme esnasında tam olarak ne oluyor? İlk olarak, ışık bir cisme çarpıp yansıyarak gözünüze erişiyor. Gelen ışık gözünüzdeki iki tip hücre tarafından algılanıyor: Çubuk ve koni hücreleri. Bu hücreler beyninize sinyal gönderiyor ve beyniniz bu bilgiyi yorumluyor. Birçok göz hastalığı çubuk ve koni hücrelerinin ölmeye başlaması ile ortaya çıkıyor. Bu durum beyne gönderilen sinyallerin zayıflamasına yol açıyor. Beyniniz bu sinyallere ulaşamazsa göremezsiniz.

Argus II Retina Protez Sistemi, biyonik bir göz gibi hareket eden implant, kamera ve vizör sistemlerinden oluşuyor. Biyonik göz, görüşün iyileşmesini veya gözlerin açılmasını sağlayan insan yapımı bir cihaz. İmplant gözümüzdeki ışık algılayan hücreleri aktifleştirmek için kameradan eriştiği bilgileri kullanıyor. Klinik deneyler esnasında Argus II giyen hastalar, daha önce yapamadıkları bir şeyi başardılar: hareketi algılıyorlardı.

Bu arada, Retina Implant AG şirketinin yarattığı bir cihaz, gözün içine yerleştirilen mini bir bilgisayar sistemi kullanıyor. Yerleştirilen bu implant 1500 ışık sensörü barındırıyor ve kulak arkasında bulunan bir cihaza bağlanıyor. Bu cihaz optik sinire, kullanıcısının şekilleri ve renkleri görebilmesini sağlayan elektrik pulsları (vuru) gönderiyor. Bu implantlar belki cam gibi bir görüntü sağlayamıyor. Ancak bu klinik çalışmanın katılımcıları ışığı algılayabiliyor ve hatta ışığın geldiği yeri tanımlayabiliyorlardı

Görmenin Parlak Geleceği

Görüşün iyileşmesini veya gözlerinin açılmasını sağlayacak teknoloji artık bir bilimkurgu fantezisi olmaktan çıktı. Star Trek’in görüşü iyileştirmeye yönelik kendi çağını aşan yöntemleri bile, bugün ulaşılabilir olan bazı teknolojilerin çok çok gerisinde kaldı. Öyle ümit ediyoruz ki, bir gün herkes görme duyusunu tam olarak kullanabilecek.

Süper-İnce Görünmezlik Kamuflajının Arkasındaki Bilim

in Pozitif Bilim/Teknoloji
invisibility_cloak

Görünmezlik yeteneğinin sadece filmlerde veya televizyonda görülen bir şey olduğunu düşünüyor olabilirsiniz. Ama Kaliforniya’daki bir grup elektrik mühendisi bu süper gücü gerçek dünyanın bir parçası haline getiriyorlar. Bir beysbol topu büyüklüğündeki cisimleri gizlemeyi başarabildiler.

Bir dakika… Görünmezlik diye bir şey var mı? Gibi. Bir ışık demetinin bir cisim üzerine düşmesinin yarattığı algının yönlendirilmesi ile cismin arkasını görmeniz mümkün. Bu durumda o cisim sizin için görünmez olur.

Kör Noktalar

Görünmezliğin nasıl işlediğini kavramak için, kör noktanızı bulmaya çalışın. Kör nokta göz kürenizdeki ışık reseptörü barındırmayan bölgenin adı. Göz sinirleriniz bu bölgede birbirlerine düğümlenerek gördüğünüz imgeleri iletmek üzere beyninize bağlanıyor. Gözünüzün bu kısmında hiçbir ışık reseptörü bulunmadığı için görme alanınızdan bu bölgeye düşen hiçbir şeyi algılayamazsınız.

Kör noktanızı bulmak için sağ gözünüzü kapatın. Şimdi sol gözünüzle aşağıdaki artı sembollerinden birine bakın. Başınızı öne veya geriye doğru hareket ettirerek büyük dairenin kaybolmasını sağlayabilirsiniz. Aynı zamanda alt taraftaki artıya bakarak da çizginin dolmasını da sağlayabilirsiniz. Daire kaybolduğunda veya çizgideki boşluk kapandığında kör noktanızı buldunuz demektir.

invisiable

Daire niçin kayboluyor ve çizgi niçin doluyor? Beyniniz gözünüzün ışık reseptörü içermeyen bölümündeki bilgi kırıntılarını tamamlıyor. Dairenin çevresindeki beyaz bölgenin bir bütün olduğunu ve çizginin kesintiye uğramadan devam ettiğini varsayıyor. Bu göz yanılgısı görünmezlik kamuflajının işleyişi ile çok benzer.

Görünmezlik Kamuflajı

Bilim adamları geçmişte, gizledikleri materyalin kimyasal özelliklerini kullanarak, ışığın kırılması ilkesi sayesinde cisimlDaire niçin kayboluyor ve çizgi niçin doluyor? Beyniniz gözünüzün ışık reseptörü içermeyen bölümündeki bilgi kırıntılarını tamamlıyor. Dairenin çevresindeki beyaz bölgenin bir bütün olduğunu ve çizginin kesintiye uğramadan devam ettiğini varsayıyor. Bu göz yanılgısı görünmezlik kamuflajının işleyişi ile çok benzer.

eri gizlediler. Işık demetlerinin kırılabilmesi için çok fazla materyal katmanı gerekiyordu Hatta o kadar ki bu materyal katmanları, görünmez duruma getirilmeye çalışılan cisimden daha kalın hale geliyordu.

Kaliforniya'daki araştırma ekibinin üyeleri bu durumu biraz farklılaştırdılar. Teflon, metal ve altın gibi materyalleri nano mühendislik yöntemleri ile işlediler. Bu araştırmanın en harika tarafı, yarattıkları görünmezlik katmanının sadece 80 nanometre kalınlığında olmasıydı. Bu, bir milimetrenin 10 binde birinden daha ince (8x10-5 mm) olması anlamına geliyor.

Önceki görünmezlik kamuflajlarından farklı olarak bu seferki yöntem, materyallerin fiziksel özelliklerini kullanıyor. Işığı kırmak yerine, örttüğü cisim üzerine düşen ışın demetlerini saçıyor. Görünmezlik kamuflajı bu ışık saçılımı sayesinde, örttüğü cisim önünde veya arkasında hiçbir şey bulunmayan düz bir yüzeymiş illüzyonu yaratıyor. Bu durum o cismi görmenizi engelleyerek, cismin görünmezmiş gibi algılanmasına neden oluyor.

Teknolojinin Limitleri

Bu çığır açan buluşlar maskeleme ve görünmezlik teknolojilerinde büyük sıçramalar kaydedilmesini sağladı. Ancak bu görünmezlik kamuflajlarını günlük hayatınızda kullanabilmeniz için henüz çok erken. Bugün için görünmezlik kamuflajlarının örttükleri cisme özel olarak inşa edilmeleri gerekiyor. Aynı kamuflaj farklı bir cismi gizlemek için henüz kullanılamaz. Dolayısıyla sınıfta küçük haylazlıklar yapmak peşinde iseniz veya görünmez notlar iletmek istiyorsanız biraz beklemek zorundasınız.

Ayrıca kamufle edilebilecek cisimlerin bir büyüklük sınırı var. Şu an için sadece küçük cisimler görünmezlik kamuflajına büründürülebiliyor. Avuç içinden veya bir beysbol topundan daha büyük olan cisimlerin gizlenebilmesi için biraz daha zaman gerekli. Bir görünmezlik pelerini ile kendinizi gizleyebilmeniz, yakın gelecek için söz konusu değil.

Son olarak bu görünmezlik kamuflajları için kullanılan metaller ışığın bazı dalga boylarını saçmak yerine yansıtıyor. Bu da kamufle edilen cismin biraz daha karanlık olmasına yol açarak, gölge etkisi yaratıyor. Bilim adamları bu sorunu çözmek için metal yerine seramik kullanmanın işe yarayıp yaramayacağını test etmeyi planlıyorlar.

Bu limitlere rağmen, görünmezlik kamuflaj teknolojisi büyük umut vaat ediyor. Bir gün Büyücülük Akademisinden kaçmak, bir ormana gizlice süzülmek ve tüm sihirli yaratıkları ziyaret etmek çok kolay hale gelebilir!

Hangisi Daha Güçlü: Dev Mikroskop mu Dev Teleskop mu?

in Sanayi Devrimi 2.0/Teknoloji
telescope_low

Bir çözünürlük savaşı.

Üç boyutlu elektron tarayıcı mikroskop; 4.5 metre uzunluğunda ve 6350 kilo. Victoria Üniversitesi’ndeki mikroskop bölümünü yöneten Rodney Herring onun için “Çok güçlü bir makine” diyor. Bir metrenin 35 trilyonluk işlenmemiş netliğini görüntüleyebiliyor, bu da onu dünyadaki tüm diğer mikroskoplardan daha güçlü kılmakta.
Ve herhangi bir teleskop da. Keep Reading

Go to Top