Hastalıklar ve sağlığı tehdit edici nedenler çoğunlukla moleküler ve hücresel boyutlarda zarar verir. Günümüzün cerrahi araçları bu anlamda büyük ve kaba. Hücre boyutundan bakıldığında, düz ve kör bir bisturi yara bölgesinde ilacın iyileştirebileceğinden daha büyük tahribat yapmakta. Çağdaş cerrahi çalışmaları sadece hücrelerin olağanüstü şekilde bir araya gelebilme ve ölü hücreleri atıp yaralı yeri iyileştirme yeteneklerine sahip olmaları sayesinde yürütülüyor.
 |
Nanoteknoloji hakkında 8 Haziran 2003 tarihinde katıldığım bir tv açıkoturumundan. |
Nanoteknoloji, "21.yüzyılın yapım teknolojisidir," çok geniş bir ölçekte karmaşık moleküler makineler yapmamızı sağlar (ek olarak, aklıma gelmişken, moleküler bilgisayarlar da). Bu teknoloji insan hücresinden küçük çok sayıda moleküler aracın kontrol ettiği bilgisayarları ve ilaçların tam bir doğrulukla yapılmasını sağlayacak. Öyle ki, bu araçlar tıpta ilk olarak hücresel ve moleküler düzeyde özelleşmiş kontrollere olanak tanıyacak. Bunlar, dolaşım sistemi tıkanıklıklarını önleyebilecek, kanser hücrelerini öldürebilecek, ya da hücre organellerinin görevlerini üstlenebilecek. Bugün yapay kalbimiz olduğu gibi, gelecekte yapay mitokondrimiz olabilecek.
Aynı derecede, nanoteknoloji bize doku yapısını inceleyebilmemiz için eşi görülmemiş yeni araçlar sunacak. Hücreden çok daha küçük algılayıcılar fonksiyonlarını yerine getirirken vücut yapılarını tam doğrulukla ve ayrıntılarıyla gözlememizi sağlayacak. Kimyasal olarak donmuş ya da sabit dokular, hücrelerin, organellerin ve moleküler işlemlerin anlık görüntüsünün moleküler seviyede tam detaylarının elde edilmesiyle tam olarak analiz edilmiş olacak.
Genel Bir İmal Sistemi İçin Von Neumann Mimarisi
Von Neumann'ın önerisi iki parçadan oluşuyor; evrensel bir bilgisayar ve evrensel bir yapımcı. Evrensel bilgisayar evrensel yapımcının hareketlerini kontrol edebileceği bir programa sahiptir. Evrensel yapımcı, çalışırken, başka evrensel bilgisayar tarafından ve başka yapımcı ile imal için kullanılabilir. Bir kez, evrensel bilgisayar yeni evrensel bilgisayara programın içeriğini kopyaladıktan sonra program işlemeye başlar.
Von Neumann teorik bir iki boyutlu hücresel otomat dünyasında (bu tezin bir bölümü komputasyonel modellemede kullanılmakta) işleyen bir yapımcının ayrıntıları üzerinde çalıştı. Yapımcı yakın çevresinde hareket edebilecek ve ucuyla hücrenin yerini değiştirebilecek bir kola sahipti. Kolu ile ileriye ve geriye gidebilirken, hücrenin yerini değiştirebiliyordu, bu iki boyutlu hücresel otomat dünyasının "nesneler" üretebilmesi, yapımcıyı kontrol eden tamamen özel bir programla mümkündü.
Bu çözüm fikrin teorik geçerliliğini gösterirken, Von Nenumann'ın kinematik yapımcısı (yukarıdaki çalışmada yer almayan) onun, içinde yaşadığımız üç boyutlu dünyaya kolayca uygulanabilen bir modeli genel imalat için bir modeli belki büyük bir etki yaptı. Kinematik yapımcı üç boyutlu uzayda hareket eden ve etrafındaki denizden parçalar yakalayan bir robot koluydu. Bu parçalar başka bir kinematik yapımcı olarak biraraya getirilirdi ve kontrol bilgisayarına bağlanabilirdi.
Bu kendini kopyalamada önemli bir nokta zaman, kendini kopyalaması değil. Bir aygıt kendi kopyalarını yapabilir ama çok yararlı olacak başka bir şey yapamaz. Von Neumann'ın tezleri, başka bir şey yapabilmesi için hesap yapabilen bir evrensel bilgisayar ile yönlendirilen evrensel yapımcının türleri hakkındaydı. Aracın bu yeteneği geniş bir programsal yapının sağladığı esnek kontrolü veriyordu. Aracın bu kabiliyeti kopyalarını başarılı şekilde düşük maliyetle yapan, onun kendi kendine işlemesine tercih edilebilecek bir yoldu.
 |
Nanoteknoloji hakkında 8 Haziran 2003 tarihinde katıldığım bir tv açıkoturumundan. |
Drexler'in Bir Toplayıcı İçin Mimarisi
Drexler'in toplayıcısı von Neumann'ın kinematik mimarisini izler, ancak atomlardan oluşan özelleşmiş bir sistem. Burada vurgulanan (von Neumann'ın tezine karşıt olarak) küçüklük. Bilgisayar ve yapımcının her ikisi de, yapımcı istenen moleküler yapıyı yapmak için atomik doğrulukta sürekli olarak detaylı ek veriler alırken, moleküler boyutta olmalı.
Araçların Boyutu Drexler'in moleküler mekanik mantık tezi en yoğun, sistem açısından en iyi çalışma. Mantık elemanları ("kilitler," kabaca bir transistöre eşdeğer) yalnızca birkaç kübik nanometrelik hacme gereksinirler. Sistemin diğer içerikleri (güç, bağlantılar, vs) de dahil, her unsur hala 100 kübik nanometreden küçük hacimde olmalı. 10,000 elemanlık bir mantık sistemi (küçük bir işlemci için yeterli) bir kenarı 100 nanometreden daha fazla olmayan bir kübü doldururdu. Öyle ki, yalnızca 0.001 kübik mikrondan biraz büyük bir hacim küçük bir bilgisayar yapmak için yeterli olurdu. Bu karşılaştırmalar bilinen ve yeterince küçük hücresel organeller ve bir hücrenin hacmine (binlerce kübik mikron) göre olumludur. Böyle bir bilgisayar bir cigahertzde çalışmasını sürdürürken 10^-9 (10 üzeri eksi 9) vattan az kullanırdı. Karşılaştırırsak, insan vücudu dinlenme sırasında 100 vat civarında kullanır, çalışırken daha fazla. Yavaş işlemler ve geri dönüşümlü mantık güç ihtiyacını azaltır, oldukça mümkün görünüyor. Moleküler algılayıcılar ve hareket ettiriciler de bu kadar bir hacme sığabilirlerdi. Moleküler bir "robot kolu", moleküler yer tutucuları da 10 nanometre ya da daha az olacak şekilde, 100 nanometreden daha kısa yapılabilirdi.
Karşılaştırma, tek bir kırmızı kan hücresi 8 mikron civarında bir çapta (100 nanometre boyutundaki işlemcimizin doğrusal olarak 80 katı daha büyük). Boyutları yukarıda önerilen kadar olan (0.1 mikron kadar) araçlar dolaşım sisteminde rahatça gezecek ve insan hücresine girebilecek.
Nanorobotlar sayesinde; kanser hücreleri etkin bir şekilde yok edilebilecek, üretimi yüksek maliyet gerektiren bileşiklerin yapımı hızlanacak, hücre içi yapay ve zeki organellerin kullanılması ütopya olmaktan çıkacak.
Ne Kadar Süre? Burada yetenekleri belirtilen araçların geliştirilmesi onlarca yıl alabilir. Sık sorulan doğal bir sorudur; "Geliştirildiklerinde bu araçların hemen kullanıldığını görecek miyiz?" Bilimadamları doğru yanıtlar, elbette, "Bilmiyoruz." Şu söylenmeye değer ki; bilgisayar donanımlarının işlem gücü son 50 yıldaki gibi gelişmesi öngörülürse, birkaç moleküler yapımı 2010'dan 2020'ye olan zaman diliminde görebileceğiz. Bundan sonra, tıbbi uygulamaların gelişmesi için biraz daha zaman gerekiyor.
Dikkate değer bir hızda gelişen bilgisayar donanımları, bununla birlikte, gelişim zamanlarını önceden belirleniyormuş gibi yalnış bir düşünce verirler. Bu yanlıştır. Bu sistemlerin tam güvenilir hale gelmesi için gereken zaman bizim yapacaklarımıza bağlıdır. Eğer moleküler imalatın geliştirilmesi ve tıbbi uygulamaların uygulanması üzerine odaklanılırsa, böyle sistemlere pekala kendi yaşam süremiz içerisinde sahip olacağız. Eğer çalışmalarımızı programsız olarak yürütürsek, bu tür sistemlerin kullanımı elbette daha uzun sürelerde mümkün olacaktır.
Değerini anlamış olabilmek kadar, bu sistemlerin kendi yaşamımız içerisinde gelişimi, çeşitli sonuçlarını görebilmek bakımından avantaj olurdu.
Ali Eskici
Ağustos 2002 |
