Mikrometre (µm, milimetrenin binde biri) veya nanometre (nm, milimetrenin milyonda biri) boyutlarındaki robotları kullanarak oluşturulan mikro/nano fabrikalar vasıtasıyla, dokuları molekül seviyesinden itibaren üretmek veya bu robotları kullanarak insan vücudunda hedeflenen bölgelere ilaç taşımak, hastaya bıçak dokundurmadan cerrahi operasyonlar yapmak bilim insanlarının uzun yıllardır hayali. Geçtiğimiz 10-15 sene öncesine kadar çok mümkün olmayan mikro/nano boyuttaki robot üretimi çalışmaları son yıllarda üretim teknolojilerindeki gelişmelerle birlikte hız kazandı. Geçtiğimiz aylarda yukarıda bahsettiğimiz hedeflere bizi daha da yaklaştıran iki önemli çalışma yayınlandı.

Bu çalışmalardan ilki Almanya’da bulunan Münih Teknik Universitesi’nden Prof. Friedrich Simmel’in grubu öncülüğünde gerçekleştirildi [1]. Science dergisinde yayınlanan çalışmada araştırmacılar, DNA’yi nm boyutunda robotik bir kol olarak tasarlayabildiklerini gösterdiler. DNA sarmallarından oluşan 25 nm boyundaki robotik kol 55 nm boyundaki nispeten daha ince bir DNA tabakasına yine kısa bir DNA parçası ile bağlanmıştır. Robotik kol, bağlandığı nokta etrafında kontrollü bir şekilde döndürülebiliyor. Araştırmacılar robotik kolun pozisyonunu DNA’nin negatif elektrik yüklü yapısını kullanarak dışarıdan oluşturdukları elektrik alanla çok hassas bir şekilde kontrol edebiliyor ve robotik kolun pozisyonunu florasan mikroskop görüntüleme yöntemiyle hızlı bir şekilde takip edebiliyorlar. Önceki teknolojilere göre 1 milyon kat daha hızlı olduğu rapor edilen bu teknolojinin yukarıda bahsettiğimiz mikro/nano fabrikaları oluşturmak adına atılmış çok önemli bir adım olduğu çalışmada aktarılıyor. Bu yöntemin geliştirilerek nano boyutta üç boyutlu yazıcılar yapmak ve moleküler ölçekten itibaren dokular inşa etmek için kullanılabileceği de makaledeki çarpıcı sonuçlardan biri.  Robotik kolun animasyonunu çalışmanın anlatıldığı aşağıdaki videodan izleyebilirsiniz.

Yazının başında mikro/nano fabrikaların yani sıra vücutta hareket edebilen, ilaç taşıyabilen, cerrahi müdahalelerde bulunabilen robotlardan bahsetmiştik. Fakat insan vücudu dokular ve damarlardan oluşan çok kompleks bir yapıya sahip olduğu için, vücutta hareket edebilen robot üretmek çok zorlu bir mühendislik problemidir. Mikro/nano boyutlardaki robotlara büyük boyutlardaki robotlarda olduğu gibi elektronik parçalar eklenememesi de küçük boyuttaki robotları kontrol etmek adına problemi daha da zorlaştıran etkenlerden. Almanya’da bulunan Max Planck Enstitüsü’nden Prof. Metin Sitti ve araştırma grubu tarafından gerçekleştirilen ve şubat ayı başında Nature dergisinde yayınlanan makale bu problemleri çözmeye yönelik önemli bir gelişmeyi rapor ediyor [2]. Makalede, bir robotun insan vücudu gibi kompleks bir ortamda hareket edebilmesi için esnek olması ve farklı hareket kabiliyetlerine sahip olması gerektiği söyleniyor. Dolayısıyla robot damar içerisinde yüzebiliyorken, damar dokusuna geçtiğinde bir yılan gibi sürünebilmeli veya daha geniş bir ortamda (örneğin mide boşluğu) yuvarlanarak ilerleyebilmelidir. Prof. Sitti ve grubu bu özellikleri içeren robotu içinde 5 µm çapında manyetik parçacıklar içeren dikdörtgen prizma şeklindeki esnek polimer olarak üretmiş. Robot dışarıdan uygulanan manyetik alan vasıtasıyla temassız bir şekilde kontrol edilebiliyor. Yani esnek malzemenin içine mikrometre boyutlarında mıknatıslar yerleştirilmiş gibi de düşünülebilir. Kutup yönleri farklı olan bu mikro mıknatıslar, manyetik alan uygulandığında robotun bükülmesini ve bu bükülmeler sayesinde hareket edebilmesini sağlıyor. Robotun farklı şekillerde hareket edebilmesi ise içinde bulundurduğu manyetik parçacıkların manyetizasyon (manyetik olmayan bir malzemenin mıknatıslık özelliği gösterebilir hale getirilmesi) yönlerinin dışarıdan uygulanan manyetik alanla değiştirilebilir olmasından geliyor. Robot sıvı ortamda yüzebiliyorken, sıvıdan çıktıktan sonra yuvarlanabiliyor, dar tüplerden sürünerek geçebiliyor ve önünde engel bulunması durumunda engelin üzerinden de atlayabilir. Robot hareket edebilirken aynı zamanda malzeme de taşıyabiliyor. Malzeme taşıma özelliğinin ileride robotun ilaç taşıması için önemli bir özellik olacağı belirtilmiş. Robotun bütün bu görevleri gerçekleştirirken görüntülerini aşağıdaki videoda izleyebilirsiniz.

Aynı zamanda robotun yüzeyinin biyo-uyumlu olması için farklı malzemelerle kaplanabileceği ve insan vücudunda kullanılma durumunda herhangi bir yan etkisinin olmayacağı da raporlanmış.

Eğer yazımızın başlığı olan soruya gelecek olursak, sorunun cevabı kesin değil. Ama bilim insanlarının mikro/nano robotları insanlığın hizmetine sunmak için çok çabaladıkları kesin ve heyecanlı gelişmeler bizi bekliyor olmalı. Kim bilir belki de yakın gelecekte, aldığımız ilaçların içinde bulunan mikro-fabrikalar ürettikleri dokularla vücudumuzun içindeki yaraları onaracak veya ilaçların içindeki robotlar vücudumuza dağılarak kanser gibi birçok hastalıkla mücadele edecekler.

Hazırlayan: Fazıl Emre Uslu
Düzenleyen: Arif Engin Çetin

Kaynaklar:
[1] http://science.sciencemag.org/content/359/6373/296
[2] https://www.nature.com/articles/nature25443
Görsel: http://absfreepic.com/free-photos/download/image-of-bacteria-2539x2657_95106.html
Not: Görsel temsilidir.