Böcekler Sudaki Yüzey Gerilimini Bilebilir mi?

Bazı böcekler suyun üzerinde iken sanki karadaymış gibi yürüyebiliyorlar. Hem de gözlerimizle takip etmekte zorlanabileceğiniz kadar hızlı. Bilim dünyası önceleri bu böceklerin çok hafif oldukları için suyun üzerinde yürüyebildiklerini düşünüyordu. Ancak günümüzde böceklerin o kadar da hafif olmadıkları anlaşıldı. O zaman bu böcekler nasıl oluyor da suyun üzerinde yürüyebiliyorlar.

Suyun üzerindeki dalgalar, tüylü ve uzun bacaklara sahip bu sineğin çok özel bir yürüme tekniği sayesinde su yüzeyinde hareket edebildiğini gösteriyor.

Suyun muhteşem özelliklerinden birisi de yüzey gerilimidir. Katılarda olduğu gibi sıvılarda da maddenin iç kısmındaki bir atom, komşu atomlar tarafından her yönden eşit bir kuvvetle çekilir. Böylece iç kısımdaki bir atoma etki eden tüm kuvvetler dengede olur ve atomlar olmaları gerektiği yerlerde tutulurlar. Ancak suyun yüzeyinde bu durum değişir. Su yüzeyindeki atomlara, aşağıdan etki eden çekme kuvveti daha güçlüdür.

Sıvı yüzeyindeki atomların, iç kısımdaki atomlar tarafından büyük bir kuvvetle çekilmesi nedeniyle suyun yüzeyi âdeta bir zar gibi gerilir. Suyun içerisine girmek veya dışına çıkmak isteyen yabancı bir maddenin bunu başarabilmesi için bu zarı delmesi yani yüzey gerilimini yenmesi gerekir. Nitekim ağzına kadar su dolu bir bardağa yandan baktığınızda suyun bardaktan taşmadan hafif bombeli bir şekilde bir bütün olarak durduğunu görürsünüz. Bardaktaki su, yüzey gerilimi sayesinde dökülmeden bir arada durabilmektedir.

İşte bazı böceklerin su üstünde batmadan durabilmelerini sağlayan olay da budur. Ancak, yüzey gerilimi su üzerinde duran sineklerin nasıl batmadığını ve sadece su üzerinde durduğunu açıklar. Bu açıklama böceğin hem suyun üzerinde durması hem de hareket edebilmesi için tek başına yeterli değildir.

Suyun yüzeyindeki atomlara etki eden kuvvet daha aşağıdaki atomlara etkiyenden farklıdır. İşte bu fark, sıvılarda yüzey gerilimi olarak isimlendirilen olayın sebebidir.

Böceğin suda hareket edebilmesi birbirini tamamlayan parçalardan oluşan bir sistem sayesinde mümkün olmaktadır.

Sistemin en önemli parçası, böceğin ıslanmasını engelleyen, balmumuyla kaplı bacakları oluşturur. Her bacağın ağırlığı suyun yüzeyine bir baskı uygular; su da sanki yüzeyini düzleştirmek ister gibi böceği yukarı iter ve bu baskı alanını küçültür. Suyun yukarı kaldırma gücü ile böceğin ağırlığı dengelendiğinde, suyun yüzey gerilim seviyesi son noktasına ulaşmış olur. Eğer böcek iki bacağını suyun üzerinden kaldırırsa kalan dört ayak, su yüzeyine biraz daha fazla baskı uygulamış olur. Bu bakımdan yüzey gerilimi böceğin hayatta kalabilmesi için son derece önemlidir.

Sistemin diğer bir parçası ABD’de Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT)’den Doktor David Hu ve Brian Chan’ın, araştırmaları sırasında keşfedildi. Bu böceklerin su üzerinde hareket edebilmeleri için bir tür kürek çekme hareketinin gerçekleşmesi gerekiyordu. (1)

Bir bardağı ağzına kadar doldurup dikkatlice bakacak olursanız suyun yüzeyinin dışa doğru hafif bir bombe yaptığını görürsünüz. İşte bunun sebebi su yüzeyinin ince bir zar gibi davranmasına neden olan yüzey gerilimidir. Suya bırakacağınız bir ataç bu zarı delemeyeceği için yüzeyde yüzecektir. İşte bazı böceklerin suyun üzerinde batmadan yürüyebilmesinin nedeni de budur.

MIT’de yaptıkları araştırmalarla suda yürüyen böceklerin bu olağanüstü işi nasıl başardıklarını ortaya çıkaran doktor David Hu (solda) ve Brian Chan (sağda).

“Böceklerin ayaklarını bastıkları yerde, su üstünde noktasal küçük çöküntüler oluşuyor. Bu noktalar adeta bir kürek gibi davranıyorlar ve suyun altında girdap akıntısı oluşturarak tüy gibi hafif olan böceğin bir jet uçağından daha süratli bir şekilde ileri doğru hareket etmesini sağlıyorlar.” (2)

ABD’de Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde suda yürüyen böceklerin örnek alınması ile yapılan Robostrider isimli robot.

Su üzerinde yürüyen bu canlılar, adeta yıllardır yapılan gözlemler, araştırmalar ve hesaplamalar sonucu ortaya çıkarılan doğa kanunlarını biliyormuş gibi hareket etmektedirler. Hatta bu kanunlardan en iyi biçimde istifade etmelerini sağlayan tüm özelliklere sahip yapıda dünyaya gözlerini açmaktadırlar.

Peki, küçücük bir böcek bilim adamlarının yakın zamanda keşfettikleri bu bilgileri nereden bilmektedir? Suyun kaldırma kuvvetinden, yüzey gerilimi kanunlarından, ağırlık, uzunluk, yoğunluk gibi kavramlardan haberdar olmadan suyun yüzeyinde son derece güvenle nasıl gezinebilmektedir? Elbette ki bir böceğin bir fizik kanunu hesap ederek hareket etmesi kendisine ait bir özellik olamaz.

İnsanlar için birinci dereceden önem taşımayan suyun yüzey gerilimi gibi kanunlar ya da hidrofobik (suyun kendinden uzak tutan) nitelikli malzemeler bu canlılar için hayati bir öneme sahiptir. Üstelik tek başlarına bunlar da yeterli değildir. Su üstünde durup hareket etmelerini sağlayan özelliklerin tümü birden, aynı anda bu canlılarda olmalıdır.

Şüphesiz su üstünde yürüyebilen canlılardaki tüm özellikler Allah’ın mükemmel yaratışının bir örneğidir.

Pittsburgh Üniversitesinden Profesör Metin Sitti yaptığı suda yürüyen robot ile.

Bilim adamlarının akıllarına su üzerinde yürüyen böceklerin bu mükemmel özelliklerini taklit etmek nereden gelmiştir?

Carnegie Mellon Üniversitesi nanoteknoloji bölümü başkanı Metin Sitti, üniversitedeki mikrobotik öğrencilerine çözmeleri için  ‘sinekleri örnek alarak su üzerinde yürüyebilen bir robotu nasıl yaparsınız’ şeklinde kavramsal bir problem sormuştur. Daha sonra gerek Carnegie Mellon Üniversitesi’nde gerekse MIT’de suda yürüyen robot projeleri üzerinde çalışmalar başlamıştır. MIT’deki matematikçilerden ve makine mühendislerinden oluşan bir grup suda yürüyen böcekler üzerinde yaptıkları gözlemleri dikkate alarak 4 ay gibi kısa bir sürede bir robot yapmışlardır.

Bu mekanik su böceği, bir gramdan daha az ağırlığı ve karbon yapılı vücudu, 5 cm. uzunluğunda sekiz tane çelik borudan yapılmış ve üstü hidrofobik balmumu ile kaplı bacakları ile suda yürüyen böceklerin taklididir. Robotun ortada suda yürüyen böceklerdeki gibi hareket eden iki ayağı ve suyun üstünde kalmasına sağlayan 6 ayağı var. Bir merkezden kontrol edilen bacaklara elektrik verildiğinde, bacaklar şekil değiştiriyorlar ve bu da robotun ileri ve geri hareketini sağlıyor.

Bu mekanik robotlar, böceklerin taklit edilmesi sayesinde başarılı olmuş. Profesör Metin Sitti “Doğadaki gerçek sineklerden esinlenerek geliştirdiğimiz su üzerinde yürüyebilen robot, doğadaki gerçeğiyle aynı çalışma prensiplerini kullanıyor. (3)” diyerek bu gerçeği dile getirmektedir.

Mekanik robotların ayakları da tıpkı böceklerdeki gibi suyu kendinden uzak tutan bir malzeme ile kaplanmış. Robotun hareket etmesi için gerekli kürek hareketi de robotta aynen taklit edilmiş:

“Kürek çekme hareketi her ayağın gerisinde kamera ile rahatça gözlemlenebilen bir girdap oluşturur. Su üzerinde duran robot sinekler, gerçeklerinden daha büyük ve yürüyüş konusunda da daha az zarifler.“ (4)

Metin Sitti, bu robot hakkında ayrıca şunları söylemektedir:

“Bu sadece bir prototip, robot suyun kalitesini gözlemleyebilen biyokimyasal sensörlerle donatılacak, bunun yanı sıra robota casusluk ya da ulaşılması güç yerleri araştırmak için kullanılacak kameralar yerleştirilecek. Robot ayrıca merkezden bir bilgisayarla bağlantılı olacak ve sudaki kirlilikle, bakterilerle donanarak mücadele edecek.” (5)

Aşağıdaki resimler suda yürüyen robot yapmak için yapılan çalışmadan küçük bir örnektir. Aslı onlarca sayfadan oluşan bu çalışma aslında evrimcilerin suda yürüyen böceklerin evrim geçirerek bu hale geldiklerini yalanlamak için yeterli bir kanıttır. Suda yürüyen ve son derece basit yapıdaki bu robotlar bile bilim adamlarının ciddi araştırmalarının ürünü olarak ortaya çıkmıştır. Bu robotlardan çok daha üstün yapıdaki olan canlıların tesadüflerin eseri olduğunu iddia etmenin akıl ve bilim dışı olduğu açıktır. Suda yürüyen böcekleri sonsuz ilim sahibi olan Allah yaratmıştır.

Yazar / Burhan Efeoğlu Tasarımcı / MSÜ Endüstri Ürünleri Tasarımı

Referanslar:

1-http://news.bbc.co.uk/go/pr/fr/-/2/hi/science/nature/3126299.stm
2-http://www.pittsburghlive.com/x/pittsburghtrib/s_250923.html
3-http://www.pittsburghlive.com/x/pittsburghtrib/s_250923.html
4-http://news.bbc.co.uk/go/pr/fr/-/2/hi/science/nature/3126299.stm
5-http://www.pittsburghlive.com/x/pittsburghtrib/s_250923.html