Sarsıntıdan Elektrik Enerjisi Üretiyoruz

Sarsıntıdan Elektrik Enerjisi Üretiyoruz

MEMS kısa adıyla bilinen Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler teknolojisi, yeni bir teknoloji olmakla birlikte mikroelektronik veya mikroçip teknolojisi gibi çağımızı değiştirecek bir potansiyele sahiptir. Bu teknoloji sayesinde mikroçipler üzerinde sadece mikroelektronik entegre devreler değil, mikromekanik yapılar da yapılabilmektedir. Böylece hem mikroalgılayıcılar (microsensor) ve mikroeyleyiciler (microactuator) hem de elektronik devre bir çip içinde yapılabilmekte, yani sistem fiyatı ve boyutları çip kadar ucuz ve çip kadar küçük olabilmektedir. MEMS teknolojisinin uygulama alanları çok çeşitlidir ve savunma sanayii, otomotiv, biyomedikal, telekominikasyon, beyaz eşya ve bilişim teknolojileri gibi birçok konuda MEMS teknolojisi sayesinde devrim niteliğinde gelişmeler olmaya başlamıştır.

Mikroelektronik nasıl çağımızı etkilediyse ve yaşantımızı değiştirdiyse, MEMS teknolojisinin de 21. Yüzyıl’ı benzer şekilde etkileyeceği düşünülmektedir. Bugün başta A.B.D. olmak üzere, Japonya, Güney Kore, Avrupa ve Uzak Doğu ülkeleri MEMS teknolojisi üzerinde yoğun çalışmalar yürütmektedir. MEMS konusundaki Ar-Ge faaliyetlerinin yanısıra bu ülkelerde bulunan bir çok şirket MEMS teknolojisi ile mikroalgılayıcı ve mikroeyleyici sistemleri geliştirmekte ve pazarlamaktadır. MEMS pazarının, nanoteknolojideki gelişmeler sayesinde daha da çok artacağı beklenmektedir, çünkü nanoteknoloji ile elde edilen birçok teknolojik avantajın yüksek performanslı ürüne döndürülebilmesi için MEMS teknolojisine ihtiyaç duyulmaktadır [1].

MEMS teknolojisi sayesinde yüksek performanslı algılayıcılar (nem, sıcaklık, basınç, sarsıntı v.s. algılayıcıları) gayet düşük maliyetlerle üretilebilmekte ve bir yonga alanına birden fazla algılayıcı yerleştirilebilmektedir. Bu algılayıcıların silisyum üzerinde geliştirilmesi de CMOS elektronik devrelerle bütünleştirilmelerini sağlayarak karmaşık işleme devreleri ile beraber çalışmalarını mümkün kılmakta, başka bir deyişle akıllı algılayıcı sistemlerinin (smart sensor systems) yapılmasına imkan vermektedir. MEMS’in yanısıra gelişen kablosuz iletişim (Wireless Networking) teknolojisi de bu algılayıcıların dış dünya ile iletişimlerini kolaylaştırmakta ve kablosuz çalışmalarına izin vererek başta çevresel gözlem olmak üzere pek çok askeri ve sivil uygulamada yeni kullanım alanları yaratmaktadır. Bunun yanı sıra, MEMS teknolojisiyle beraber günlük hayatımızda kullandığımız birçok elektronik cihaz (cep telefonları, avuç içi bilgisayarlar, müzik çalarlar, vs.) artık daha küçük boyutlarda üretilebilmekte ve çalışmak için daha az enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Ancak bu sistemlerin çalışması için gerekli olan enerjinin sağlanması sistem performansını sınırlayan önemli bir faktör olarak sorun yaratmaktadır. Örnek olarak bugün bir cep telefonu bataryası, cep telefonunun toplam hacim ve ağırlığının büyük bir kısmını oluşturmaktadır.

Enerji üreteçlerindeki gelişmeleri mikro-sistemlerin gelişimine uygun hale getirmek amacıyla son yıllarda ticari piller ve alternatif enerji üreteçleri (mikro yakıt hücreleri, çevresel enerji kaynaklarından (ısı, ışık, sarsıntı, akustik, vs.) elektrik enerjisi üreten üreteçler) üzerine yapılan araştırmalar hız kazanmıştır [2-6]. Tablo 1’de farklı mikroenerji kaynaklarının kapasitelerinin bir karşılaştırılması verilmektedir [4]. Mikro-sistemlerin boyutu göz önüne alındığında ticari pillerle enerji sağlanması pratik bir çözüm değildir. Ticari pillerde kullanılan prensiple mikroboyutta pil yapılması halinde de hem sağlanan enerji hem de pilin ömrü önemli ölçüde azalmakta, algılayıcı sisteminin kullanım süresi de kısıtlanmaktadır. Mikro pillere kıyasla çok daha fazla enerji üretimi sağlayan mikro yakıt hücreleri ise yine sınırlı bir süre için enerji sağlayabilmekte ve periyodik yenilenme gerektirmektedirler. Bu da çevresel atık ve şarj edilme zorunluluğu gibi problemleri beraberinde getirmektedir.

Diğer taraftan çevresel enerji kaynakları (ısı, ışık, çevresel sarsıntı, akustik, vs.) hali hazırda etrafımızda kolay ulaşılabilen, temiz enerji kaynaklarıdır ve günümüzde sıkça kullanılmaktadır. Örneğin bir saat firması tarafından geliştirilen termal kol saatlerinde insan vücudunun yaydığı ısı enerjisi güç kaynağı olarak kullanılmaktadır. Çevresel enerji kaynakları içinde sarsıntı her ortamda bulunabilir olmasından dolayı ayrı bir önem taşımaktadır. Kalabalık bir yol kenarındaki pencerelerdeki sarsıntı, insan vücudunun hareketi, herhangi bir motorun ya da otomobilin yüzeyindeki sarsıntı çevresel sarsıntılara sadece bir kaç örnektir. Bugüne kadar sarsıntıdan mikroçip seviyesinde enerji üretmek üzere piezoelektrik, elektrostatik ve elektromanyetik çevirim yöntemleri sunulmuştur. MEMS teknolojisi kullanarak çevresel sarsıntıyı elektriksel enerjiye çevirebilen çok küçük boyutlarda enerji üreteçleri yapılabilmektedir.

İlizyon ve Evrim

Abell 2667 galaksi kümesinde ne oluyor?

Abel 2667 kümesinin galaksilerine de ne oluyor böyle? Hemen soldan yukarı tarafta, bir galaksi parçacıklarına ayrışıyormuş gibi görünüyor; bu sırada sağ tarafta ise, başka bir galaksi şekerlemeler gibi esniyor!

En baştan başlarsak, Hubble Uzay teleskoğundan alınan bu yukarıdaki görüntüdeki çoğu sarımtırak nesne, Abell 2667 olarak bilinen devasa galaksi kümesinin galaktik üyelerinden birkaç tanesi. Yukarı solda gözlenen, galaksideki bozulma gerçek. Galaksi, küme içi ortamını yarıp geçerken, gaz yayılıyor ve parlak yeni yıldızlar oluşturmak için yoğunlaşıyor. Bu ayrıntılı görüntü, astronomların neden bugün birçok galaksinin bu kadar az gaza sahip olduğunu anlamalarını sağlıyor.

Hemen sağda olan galaksi bozulması ise ne yazık ki bir ilizyon! Bu neredeyse normal galaksi, devasa galaksi kümesinin oldukça arkasında yer alıyor. Bu galaksiden gelen ışık, Abell 2667 tarafından kırılıyor ve uzaktaki bir insana bardaktan bakıldığında ortaya çıkan etkiyi yaratıyor. Her bozulan galaksi bilim adamlarına, galaksilerin ve galaksi kümelerinin nasıl geliştiği hakkında önemli ip uçları veriyor.

 

Zamanda yolculuk olasılığı

Japonya Uzay Havacılık Dairesi (JAXA) ve Tokyo Üniversitesi’nde görev yapan Doç.Dr. Serkan Anılır, zamanda yolculuk konusunu yazdı.

Zamanda yolculuk dendiğinde aklımıza hep ünlü bilim adamı Stephen Hawking’in yaklaşımı gelir.
 
‘Eğer zamanda yolculuk mümkün olsaydı, neden bugün gelecekten gelmiş zaman yolcularıyla karşılaşmıyoruz?’

Peki ya ileride zamanda yolculuk gerçekten mümkün olursa ve gelecekten gelmiş kişiler aramızda yaşayıp bizi izliyorlar ve içlerinden gülüyorlarsa? Gelin, hep beraber bu olasılığı düşünelim.

Zannederim, uzmanlık alanı olmasa da herkes, zamanda yolculuğun ancak ışık hızına ulaşabilmemiz durumunda mümkün olduğunu biliyordur.
 
Gelecekte, zaman yolculuğu ile ilgili bütün engelleri ortadan kaldırıp ışık hızından daha hızlı hareket etmeye yönelik teknolojiyi geliştirdiğimizi varsayarsak, nasıl bir zaman yolculuğu yaşanacağını da hayal edebiliriz.
 
Wells’in romanı ve ‘warp’ fikri

Zamanda yolculuk üzerine en tanınmış yazılı roman, ünlü yazar H.G.Wells tarafından kaleme alınmıştır. Romanda zaman makinası geçmişe ve geleceğe tek bir çizgi üzerinde hareket ederken, bugün zamanda yolculuğun gerçekleşeceğine inanan birçok bilim adamı, bazı zorlukları yok etmek için ‘warp’ fikrini ortaya atmaktadır.
 
‘Warp’ı basit bir örnekle açıklayacak olursak, bir kağıdın sol alt köşesine (X), sol üst köşesine (Y) yazalım. X’den (şimdiki zaman) Y’ye (geçmiş zaman) bir çizgi çekelim.
 
Wells’in modelinde, zaman makinasını bu çizgi üzerinde hareket etmektedir. Ama, harflerin yazılı olduğu iki köşeyi kağıdı kaldırıp ortası sarkacak şekilde biraraya getirirsek, bu iki farklı nokta arasında hareket etmek için varolan çizgiyi takip etmek yerine direkt atlama yapabileceğimizi görürüz. ‘Warp’ budur.

Her ne kadar bu imkansız gibi düşünülse de, bugün doğadaki formlara baktığımızda, mükemmel bir kare veya dikdörtgen benzeri bir form göremeyiz. Doğa, bizim ‘3.5 boyut’ ismini verdiğimiz mevcut form cetvelleriyle tanımlanamayan ‘fraktal’lerden oluşur. 
 
Kar tanesi ve yansımalar

Buna en güzel örnek ise bir ‘kar tanesinin’ şekli. Kyoto Üniversitesi’nden Prof. Dr. Koji Miyazaki ile beraber yaptığımız bir araştırma sırasında, kar taneleri ve benzer milyonlarca fraktal şekillerin aslında dördüncü boyuttan üçüncü boyuta yansımalar olduğunu bilgisayar modelleriyle kanıtlayıp başarılı olduk.
 
Einstein’in ‘zaman’ olarak tanımladığı dördüncü boyutun, belki de farklı bir kurgusu olan bir üst ‘mekan’ olabileceğine dair bir tez de geliştirdik.
 
Uzayın şekli ve boyut konusunu daha derinden kavramak, ileride belki de zaman makinasının önünü açabilir.

Zaman makinasına geri dönecek olursak, bugüne kadar büyük bütçeler ve derin araştırmalarla hazırlanmış bütün filmlerde kahramanımız zaman makinasıyla geçmişe veya geleceğe giderken, farklı zaman diliminde başladığı nokta ile çıktığı nokta aynıdır.
 
Örneği tekrar düşünürsek, bir kağıt üzerindeki iki nokta arasındaki çizgiyi takip etmeden o noktalar arasında gidip gelmek bir gün mümkün olsa da, herhalde o gün zaman makinası üzerine çalışanlar, çok önemli bir gerçeği fark edecekler. O da kağıdın hareket halinde olması… Yani uzayın hareket ediyor olması.

Nasıl mı?

Dünya saatte yaklaşık bin 600 km hızla dönmektedir. Eğer bir zaman yolcusu ‘warp’ ile, zamanda bir saat geriye gidecek olursa, çıkacağı nokta ilk başlangıç noktasından bin 600 km ötede olacaktır.
 
Tabii ki bu durumda, uzaya dışarıdan bakacak olursak, dünyanın aynı bir saat içinde güneşin etrafında da 107 bin km yol katettiğini, güneşin de Samanyolu galaksisinde 810 bin km, Samanyolu’nun da Andromeda galaksisine doğru 240 bin km, ‘Local Group’ adı verilen bizim sistemimizin de Virgo kümesine doğru 2 milyon 770 bin km ve komple olarak Virgo sisteminin de ‘Great Attractor’ adı verilen görünmeyen bir kümeye doğru 2 milyon 150 bin km ile hareket ettiğini düşünmemiz gerekir. 
 
Zamanda yolculuk hayalleri ile yola çıkan pilotumuz, sadece ve sadece bir saat geriye dönmeye kalkışırsa, yola çıktığı noktadan yaklaşık 5 milyon kilometre uzaklıktaki farklı bir noktada ortaya çıkacaktır.

Burada önemli olan, yolculuğa başladığı noktada gene ortaya çıkmış olsa bile, bu sırada uzay bir saat içinde hareket etmeye devam etmiştir.

Bu kadar kötümser olmamak için, olaya bir de iyi tarafından bakalım. 5 milyon kilometre uzakta çıkma olasılığından bahsettiğim halde, bütün yıldız ve kümelerin aynı yöne hareket etmediği gerçeğini göz önünde bulunduracak olursak, buradan birbirlerini sıfırlama şansları olduğunu söyleyebiliriz.
 
Bugün bilim adamlarının ‘uzayın duvar kağıdı’ olarak da tanımladıkları arka plandaki ‘kozmik kısa dalga fon radyasyonu’ (Büyük patlama, yani Big Bang adını verdiğimiz evrenin doğuşunda meydana gelen patlamadan geriye kalan radyasyon) ölçümleri ışığında, dünyanın saatte yaklaşık 1 milyon 400 bin km hareket ettiğini biliyoruz.

Bu uzaklıkları şu ana kadar sadece bir saatlik bir zaman yolculuğu macerası olarak düşündük. Bunu günlere, aylara, yıllara vurursak ortaya çıkan mesafe farklılıklarını zannediyorum herkes hesaplayabilir.
 
Basit bir örnek verecek olursak, 2105 yılından zamanımıza dönmeye çalışan bir kişi, dünyadaki başladığı noktadan yaklaşık 1 trilyar kilometre uzakta çıkacaktır, bize o noktada mesaj gönderse, dünyaya ulaşması yaklaşık 47 gün alacaktır.

Uzay keşifleri

Eğer bu şekilde bir yolculuk imkanı olursa, yani uzayın sürekli hareket halinde olmasını kendi avantajımıza çevirmek istersek, bunlardan birisi uzay keşifleri olabilir.
 
Mesela aynı hesaplama sistemi ile gidersek, şu an ki bulunduğumuz noktada 17.4 gün sonra Jüpiter gezegeninin olacağını tahmin ederek (dünyaya en yakın olduğu zamanda 587 milyon kilometre) buna ayarlayarak bir keşif gemisini gönderebiliriz.
 
Tabii ki x-y düzleminde başarılı olunacağı tahmin edilse bile, uzay ortamındaki x-y-z sisteminde düşünürsek, belki uzaklık olarak doğru noktada çıkabiliriz ama Jüpiter’in o andaki konumuna göre tam olarak yanında çıkma şansımızın çok zayıf olduğu da bir gerçektir.
 
Ancak bu teknoloji eğer başarılı olursa, mesela dünya yörüngesine uydu veya benzeri yük taşıması için son derece pratik bir çözüm olabilir.

Hayal gücümüzü zorlamaya devam edecek olursak, ben bir gün zaman makinasıyla yolculuk yapma şansını yakalasam iki seçeneğim vardır.
 
Birincisi ne kadar dünyadan uzakta ortaya çıksam bile, en kısa zamanda dünya ile bağlantı kurup yönümü bulmak ve geriye dönmeye çalışmak. 
 
İkincisi ise, zaten geri dönemeyeceğim gerçeğini kabul ederek, gitmişken sonuna kadar gideyim fikrine de sarılarak, uzayın başladığı zamana dönmek.
 
Acaba Big Bang patlamasının olduğu ana kadar gidebilir miydim? Uzayın henüz bin yaşında olduğu ve sadece taneciklerden meydana geldiği bir döneme dönebilecek olsam, acaba benim zaman makinem de o anda tanelerine ayrılır mıydı?
 
‘Warp’ fikrinde zamanın etrafında dönerek, yani o çizgi üzerindeki olaylardan etkilenmeyerek hareket edebileceğimizi varsayarak, ‘Big Bang’den öncesine dönmeye kalkışsaydık? Bu durumda uzayın varolmayacağı ve uzayın varolmasından dolayı ortaya çıkan ve insanlar tarafından yorumlanarak ‘fizik kanunları’ olarak kabul edilmiş, ve benim zaman makinamla o noktaya kadar gitmeme imkan sağlamış bütün kuralların da varolmayacağını düşünersek?

‘Terminator’ filminde zamanda geriye giderek, ileride lider olacak insanların ailelerini yok etme düşüncesi nereye kadar mümkün bilemiyorum.
 
Buna başka bir yaklaşım getirsem, mesela ileride olacak çok büyük bir felaketi dünyaya mesaj olarak yollayarak tedbir almaları için uyarabilirdim.
 
Bu belki ileride mümkün olabilir ancak böylesine bir felakette ölmesi gereken bir kişi, benim yollayacağım mesaj sayesinde kurtulur ve ileride dedemi bir kavga sırasında öldürürse?
 
Zaman yolculuğu tartışması yıllarca sürer…

Doç.Dr. Serkan Anılır

« Older entries