NANOTEKNOLOJİ HIZLI GELİŞİYOR Türkiye de nanoteknoloji konusunda yapılan bilimsel faaliyetlerin son üç yıldaki toplamı az olmakla birlikte, 2001 yılından itibaren ciddi artışların olduğunu görüyoruz. Ancak yapılan çalışmaların patentleşmesinin ise henüz istenen seviyelere ulaşmadığı anlaşılıyor. İnsan yaşamındaki refah düzeyinin artması bilimsel ve teknolojik gelişmelere bağlanabileceği gibi tam tersine, bu gelişmeleri beraberinde getirmiş de olabilir. Bu konudaki tartışmalar son zamanlarda yoğun biçimde yapılıyor. Bilimsel geçerliliği ispatlanmış tekniklerin kullanılmasıyla sağlanan teknolojik ilerlemelerle, başta sağlık olmak üzere kişisel yaşam kalitesinin artması ve insani ihtiyaçların giderilmesi için yeni yöntemlerin uygulamaya alınması sağlanmıştır. Teknolojik ilerlemelerin sonucunda ortaya çıkan nanobilim ve nanoteknoloji kavramlarını da bu çerçevede değerlendirmekte yarar var. 100 lü yılların son çeyreğinden itibaren ortaya çıkan ve başlangıçta yoğun olarak tekstil sektörüne uyarlanan, Endüstri Devrimi nin sağladığı teknolojik yeniliklerin günümüze kadar olan gelişimini beş dönemde incelemek mümkündür. Şekil I de görüldüğü gibi her 50-60 yılda bir teknoloji evreleri değişmekte, günümüzde ise enformasyon devrimi yaşanmaktadır. Ayrıca, ekonomik olarak gelişmiş diye- 34 EKONOMİK FORUM l Temmuz 2012
Dr. Atilla YARDIMCI TOBB Bilgi Hizmetleri Daire Başkanı bileceğimiz ve Ar-Ge faaliyetlerinin yoğun yapıldığı, teknolojik yeniliklerin ortaya çıkarıldığı ülkelerin, bu evrelerden geçtiklerini söylemek yanlış olmaz. Buna karşın ülkemizin hangi evrede olduğunu net olarak söylemek biraz zor. Bu evrelerin tümünden kısmen etkilenen Türkiye nin Ar-Ge ve sanayi altyapısının, bilgisayar evresine odaklanması sevindirici olmakla beraber, teknolojik gelişim aşamalarının kendine has iş yapış biçimlerinin farkında olunmadan, evre atlamaya çalışması ne kadar gerçekçi olur? 1800 11 Şekil I: Teknoloji Gelişim Evreleri Tekstil 1853 19 1969 20 2081 Demir yolu Otomotiv Bilgisayar 1853 19 1969 20 18 1886 1939 199 Nanoteknoloji Doğuş Yaygınlaşma Sona erme NANOTEKNOLOJİNİN YAYGINLAŞMA SÜRECİ Nanoteknoloji, nano ve teknoloji kelimelerinin birleşiminden oluşuyor. Nano kelimesi Yunancada cüce anlamına geliyor. Nano boyuttaki bir ölçümü zihnimizde canlandırmak için bir nanometrenin, metrenin milyarda biri, başka bir deyişle insan saçı kalınlığının yüz binde biri olduğunu belirtelim. Nanoyapılar yaklaşık olarak 100 ile 1000 arasında atomdan oluşan sistemlere karşılık geliyor. Teknoloji kelimesi ise Yunanca sistematik olarak işlem yapma anlamına gelen technikos ile bilim anlamına gelen logia kelimelerinden türemiştir. Böylece nanoteknoloji atom boyutlarında sistematik olarak işlem yapma bilimi olarak tanımlanıyor. Nanoteknoloji, atom ve molekülleri tek tek ma- Endüstri Devrimi Enformasyon Devrimi Tablo I: Ölçü karşılaştırmaları ÖLÇÜ BİRİMİ METRE KARŞILIĞI AÇIKLAMA Kaynak: Merrill Lynch, 2001 Santimetre (cm) 0.01 İnsan elindeki serçe parmağının tırnak genişliği Milimetre (mm) 0.001 Pirenin boyu Mikrometre (mm) 0.000001 Bakterilerin boyu Nanometre (nm) 0.000000001 İnsan saç teli kalınlığının yüz binde biri nipüle ederek istenen yapının ortaya çıkarılması ilkesine dayanıyor. Tablo I de ölçü birimleri ve metre karşılıkları görülüyor. Genel olarak bakıldığında nanoteknoloji, nanoölçek boyutlarındaki yapılar ya da bileşenlerin değiştirilen fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikleriyle oluşan yeni malzeme ve sistemlerle ilgileniyor. Aslında nanobilim ve nanoteknolojinin ana hedefi; nanoölçekte Temmuz 2012 k EKONOMİK FORUM 35
malzemelerin kontrollü biçimde üretilmesiyle yaşam kalitesinin artırılması, kıt olan kaynakların daha verimli kullanılmasının sağlanmasına yönelik nanoölçekte üretim olarak özetlenebilir. Ünlü fizikçi Richard Feynmann tarafından 1959 yılında yapılan bir konuşma, nano düzeyindeki düşüncelerin başlangıcı olarak kabul ediliyor. Nanoteknoloji kavramını ilk defa dile getiren Amerika Birleşik Devletleri nden K. Eric Drexler dir. Nanoteknoloji üzerine yoğunlaşan Drexler, MIT laboratuvarındaki çalışmaları sırasında, biyolojik sistemlerden esinlenerek, moleküler makineler yapılabileceğini önermiş ve Yaratma fabrikaları: Nanoteknoloji Devri (1986) isimli kitabını yazmıştır. Daha sonra nanoteknoloji üzerine nanoölçekte ölçme ve inceleme yapabilen mikroskoplar ve karbon nanotoplarla nanotüplerin geliştirilmesi, nanoteknolojinin yaygınlaşmasına yol açmıştır. NANOTEKNOLOJİNİN KULLANIM ALANLARI Nanoölçek boyutlarında üretilen malzemelerin, daha hafif ve sağlam olması yanında programlanabilir olmaları, üretimlerinde daha az malzeme ve enerjiye ihtiyaç duymaları en önemli kazanımları olarak dikkat çekiyor. Özellikle nanoelektronik, bilgisayar, uzay çalışmaları, tıp, çevre, biyoteknoloji, savunma alanlarında nanoölçek boyuttaki malzemeler üretilmeye başlandı ve yoğun olarak kullanılabiliyor. Nanoteknolojinin oldukça geniş bir kullanım alanı bulunuyor. Gelecek tahmin edici36 EKONOMİK FORUM l Temmuz 2012 leri, bilgi teknolojilerindeki kapasitelerin artmasıyla nanoteknoloji alanındaki yeniliklerin ve bunun sonucunda da nano boyutlardaki malzeme ve üretimlerin artacağına inanıyor. Oldukça farklı alanda nanoteknolojinin kullanımı mümkün olmakla beraber, bunlardan bazı örnekler şöyle: MALZEME BİLİMİ: Hafif ve dayanıklı nanomalzemeler kullanılarak imal edilecek olan araba, uçak ve uzay araçları sayesinde, az enerji tüketimiyle daha uzun yolculukların yapılması mümkün olacaktır. Bunun yanında, halen doğada var olan birçok teknolojinin hayata geçirilmesi sonucunda çevre kirliliği ve atık üretimi azaltılacaktır. Örneğin, yaprağı hiç ıslanmayan ve kirlenmeyen lotus çiçeğinin özelliğinden yararlanılarak kirlenmeyen, ıslanmayan kaşıklar, çatallar, tabaklar, elbiseler üretilebilecektir. BİLGİSAYAR TEKNOLOJİSİ: Kuantum işlemcilerin geliştirilmesiyle oldukça yüksek işlem gücüne sahip bilgisayarların üretilmesi mümkün olacak. Bunların nanoölçekte olacağını da unutmamak gerekiyor. HAVACILIK VE UZAY KONULARI: Bu alanda kullanılan taşıtların, daha hafif ve dayanıklı malzemelerle imal edilmesi sayesinde maliyetlerin düşürülmesi
mümkün olacaktır. Bu sayede azaltılan ağırlığın yerine yakıt konularak daha uzun mesafelere yolculukların yapılması sağlanacaktır. TIP VE SAĞLIK: Nanoteknolojideki gelişmelerin en hızlı görüleceği alanlar tıp ve sağlık konusundaki uygulamalardır. Mikrocerrahi başta olmak üzere, nano ölçekteki tıbbi aletler ve robotların üretilmesi ile yeni teşhis ve tedavi teknikleri ortaya çıkacaktır. Hastalığın etkilediği bölgelere yönelik yerel tedavi yöntemleri sayesinde, ilaçların yan etkileri ortadan kalkacak ve vücut tarafından hızlı kabul edilen suni organların yerleştirilmesi mümkün olacaktır. SAVUNMA: Askeri amaçlı kirlenmeyen ve yıpranmayan kumaşların kullanımı yaygınlaşacaktır. Nanokaplamalı camlar sayesinde kötü hava ve çevre koşullarında bile kirlenmeyen ve su tutmayan gözlükler kullanılacaktır. Bunun yanında vücutta bulunacak biyosensörlerle askerlerin sağlık durumları izlenebilecektir. ENERJİ: Dizel yakıt katkısı olarak nano ölçekli parçacıklar kullanılarak, daha iyi yanma ve daha az egzoz gazı emisyonlarının sağlanması mümkün olacaktır. Yapılan denemelerde bu yapıdaki bir yakı- tın, yüzde 10 oranında tasarruf sağlandığı görüşmüştür. Nanoteknoloji kullanılarak üretilen iletim hatları sayesinde de elektrik enerjisinin daha uzak mesafelere kayıpsız aktarımı ve depolanması sağlanabilecektir. Nanoteknolojinin sağladığı tüm faydalar yanında bazı önlemlerin alınmasını da gerektiriyor. Özellikle nano boyutlardaki üretimlerin ve sistemlerin güvenlikli ortamlarda koruyucu önlemler alınması gerekiyor. Çok küçük boyutlarda olmaları nedeniyle doğaya ve insana zarar verecek nano yapıların oluşmasının engellenmesi amacıyla denetim ve koruyucu önlemler alınması gerekiyor. Amacı dışında kullanılan teknolojilerin insanlığa verdiği zararlar biliniyor. Bu nedenle nanoteknoloji kullanılarak yapılacak üretimler ve sonucunda oluşabilecek atıkların çevreye yayılmaması için steril ortamların kullanılması gerekiyor. Bunun yanında nanoteknoloji alanında yapılan bilimsel çalışmalar, geliştirilen yeni ürünler ve sağladığı ekonomik büyüklükler dikkate alındığında gelecek dönemlerde önemli bir rekabet ortamının oluşacağını söylemek mümkün. Bu nedenle Ar-Ge yatırımlarına ciddi pay ayıran ülkeler nanoteknoloji konusuna özel bir önem veriyorlar. DÜNYADA NANOTEKNOLOJİ Son yıllarda nanoteknoloji konusunda yapılan bilimsel çalışmalar, alınan patentler, faaliyet gösteren firmalar, yetişmiş iş gücü ve teknoloji transferiyle elde ettikleri pazar payları dikkate alındığında ABD, Almanya, Güney Kore, Tayvan ve Japonya nın diğer ülkelere göre daha önde yer aldığını görüyoruz. Ancak Çin in, nanoteknoloji konusundaki yatırımları artıyor ve bu alandaki patent sayılarında da artışların olduğu gözleniyor. Dünya genelinde 2000 yılında 1,2 milyar dolar olan nanoteknoloji Ar-Ge harcaması, 2008 yılında 15 milyar dolara yükselmiş, bunun yaklaşık 5 milyar doları ABD tarafından gerçekleştirilmiştir. Yapılan öngörülere göre 2020 yılında nanoteknoloji temelli işlerde çalışan sayısının 6 milyon, pazar büyüklüğünün ise 3 trilyon dolara yükseleceği tahmin ediliyor. 2010 yılında yapılan bir araştırmaya göre piyasada 1.31 farklı nano ürünün bulunduğu tespit edilmiştir. Bunların, yüzde 52 lik kısmının sağlık ve kişisel bakım ürünlerinden oluşması dikkat çekiyor. Nanoteknoloji konusunda 2009-2011 yıllarını kapsayan bilimsel yayın ve patent sayıları Tablo II de görülüyor. Patent başına düşen yayın sayısına göre sıralanan tablo incelendiğinde, teknoloji konusunda ileri konumda olan ve Ar-Ge ye çok kaynak ayıran ülkelerin üst sıralarda yer alması şaşırtıcı olmuyor. Ancak yayın sayısı açısından ilk sırada olan Temmuz 2012 k EKONOMİK FORUM 3
Nanoteknoloji konulu bilimsel yayın ve patent sayıları (2009-2011 toplam) Tablo II: SIRALAMA ÜLKELER C A YAYIN SAYISI A PATENT SAYISI B B PATENT SAYISI / YAYIN SAYISI C ABD 1 2 1 51.43 42.61 0,8 Japonya 2 3 2 19.289 9.651 0,500 Hollanda 3 19 10 3.6 1.110 0,306 Tayvan 4 9 5 8.390 2.26 0,21 İsviçre 5 1 11 3.869 923 0,239 Belçika 6 22 12 2.1 602 0,21 Güney Kore 5 3 16.285 3.180 0,195 Kanada 8 8 6.392 1.24 0,195 Almanya 9 4 4 18.4 2.940 0,15 Fransa 10 6 12.808 1.844 0,4 İsveç 11 21 15 2.949 396 0,4 İngiltere 12 8 9.6 1.281 0,1 Avustralya 15 5.352 499 0,093 Singapur 16 4.640 401 0,086 İtalya 15 11 16 8.194 355 0,043 İspanya 16 10 18 8.223 194 0,024 Hindistan 1 6 1.50 310 0,023 Çin 18 1 9 62.836 1.165 0,019 Brezilya 19 20 20 3.616 64 0,018 Malezya 20 22 1.584 0,016 Rusya 21 12 19 8.09 93 0,012 İran 22 21 6.43 44 0,00 TÜRKİYE 23 23 24 2.260 0,006 Polonya 24 18 23 3.664 0,004 Romanya 24 1.91 0,004 Kaynak: http://www.statnano.com 38 EKONOMİK FORUM l Temmuz 2012 Çin in patent sayısına göre 9 uncu olması ve patent başına düşen yayın sıralamasında da 18 inci sırada olması üzerinde ayrıca düşünmekte yarar var. Çin in Ar-Ge ye ayırdığı kaynak yüksek olmasına karşın, kısa vadede ürüne dönüşecek araştırmalar üzerinde yoğunlaştığı anlaşılıyor. Bunun yanında teknolojinin temelini oluşturan bilimsel faaliyetleri ise yoğun olarak sürdürüyor. Çin in sağlam bir bilimsel temel oluşturma ve zamanı gelince bunun teknolojiye aktarımı için Ar-Ge ve patent aşamalarının hızlı geçilmesi için hazırlık yaptığını söylemek sanırım yanlış olmaz. TÜRKİYE DE NANOTEKNOLOJİ Tablo II Türkiye açısından incelendiğinde ise biraz farklı bir durum ortaya çıkıyor. Türkiye, nanoteknoloji konusunda yapılan yayın açısından 23 üncü, patent sayısı açısından 24 üncü, patent başına düşen yayın sayısı açısından ise 23 üncü sırada yer alıp istikrarlı bir tablo çiziyor. Bu durum Ar-Ge ve teknoloji sözkonusu olduğunda maalesef sevindirici olmuyor. 2009-2011 yılları arasında nanoteknoloji konusunda sadece patent alınması, teknoloji temelli ekonomik gelişmenin hedeflendiği çeşitli stratejilerle tezat oluşturuyor. Örneğin 2004 yılında son hali verilen Vizyon 2023 Strateji Belgesi nde yer alan nanoteknoloji konusundaki öncelikli alt konular; Nanofotonik, Nanoelektronik, Nanomanyetizma, Nanomalzeme, Nanokarekterizasyon, Nanofabrikasyon, Nano ölçekte kuantum bilgi işleme, Nanobiyoteknoloji olarak sıralanmasına karşın geçen sürede Türkiye nin gerek patent, gerekse yayın sayısında istenen seviyelerde olmadığı görülüyor. Türkiye de nanoteknoloji konusunda yapılan bilimsel faaliyetlerin son üç yıldaki toplamı az olmakla birlikte 2001 yılından itibaren ciddi artışla-
rın olduğunu da söylemek gerekiyor. 2001 yılında sadece 6 olan yayın sayısı, 2011 yılında yaklaşık 12 kat artarak 905 e ulaşmış bulunuyor. Türkiye de nanoteknoloji konusunda yapılan bilimsel çalışmaların artışında en önemli etken olarak bu konuda kurulan araştırma merkezlerinin sayısındaki artış söylenebilir. Ayrıca Türkiye de ilk defa Türkiye Odalar ve Borsalar Birliği Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi (TOBB ETÜ) bünyesinde 2011 yılının sonunda Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği adı altında bir bölüm açıldı. Bu yıl ilk defa öğrenci alımına başlayacak olan bölüm sayesinde sanayide ihtiyaç duyulan malzeme bilimi ve nanoteknoloji konusunda, temel eğitim almış eleman sıkıntısının giderilerek bu konudaki Ar-Ge faaliyetlerinin artması ve yeni ürünlerin tasarlanması hedefleniyor. Yaşanan tüm bu olumlu gelişmelere karşın, Türkiye de yapılan bilimsel faaliyetlerin teoride kalmayıp üretim süreçlerine yansıması için patentle tescil edilmesi gerekliliği bir kez daha ortaya çıkıyor. Bu nedenle patent başvurularının artırılması, üniversite sanayi işbirliğinin teknolojik gelişmeleri dikkate alarak tematik konular özelinde desteklenmesi gerekiyor. > > TOBB ETÜ Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü. Türkiye de Nanoteknoloji konusundaki araştırma merkezleri Anadolu Üniversitesi Seramik Araştırma Merkezi. Atatürk Üniversitesi Nanobilim Uygulama ve Araştırma Merkezi. Bilkent Ulusal Nanoteknoloji Merkezi. Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Nanobilim ve Teknoloji Araştırma Merkezi. Erciyes Üniversitesi Nanoteknoloji Uygulama ve Araştırma Merkezi. Fatih Üniversitesi Biyo-Nanoteknoloji Araştırma Merkezi. Gazi Üniversitesi Nanotıp ve İleri Teknolojiler Araştırma Merkezi. Gebze İleri Teknoloji Enstitüsü Nanoteknoloji Araştırma Merkezi. Hacettepe Üniversitesi Nanotıp Bilim Merkezi. Kaynaklar 1) The Next Small Thing, An Introduction to Nanotechnology, 2001, Merrill Lynch. 2) Nanobilim ve Nanoteknoloji, Ş. Erkoç, 2008, ODTÜ Yayınları. 3) Nanotechnology Research Directions for Sociental Needs in 2020, Roco M. C. vd., 2010, Springer. 4) Ulusal Bilim ve Teknoloji Politikaları, 2003-2023 Strateji Belgesi, TÜBİTAK. 5) Nanotechnology: The Future is Coming Sooner Than You Think, Saxton J., 200, United States Congress Joint Economic Committee. 6) Uluslararası Rekabet Startejileri: Nanoteknoloji ve Türkiye, 2008, TÜSİAD. ) Bilişim Çağında Nanoteknoloji Olgusu ve İletişim Süreçlerine Yansımaları, Denizci Ö. M., 2008, Marmara Üniv., Doktora Tezi. İstanbul Teknik Üniversitesi Nanobilim ve Nanoteknoloji İleri Araştırmalar Enstitüsü. Koç Üniversitesi Yüzey Teknolojileri Araştırma Merkezi. Marmara Üniversitesi Nanoteknoloji ve Biyomalzemeler Araştırma Merkezi. Mustafa Kemal Üniversitesi Teknoloji Araştırma Merkezi. Orta Doğu Teknik Üniversitesi Endüstriyel Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler Merkezi. Sabancı Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi. TUBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü. Zirve Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezi. Temmuz 2012 k EKONOMİK FORUM 39