Konferans metni

KONFERANS METNİ

Not: Konferans metnindeki bilgilerin tamamı kullanılmayacak, sunumun bir ders saatine sığdırılması amacıyla içlerinden belli kısımları vurgulanacaktır.
Sayın arkadaşlar, günümüzde bilimsel konular sokaktaki insanların anlamadığı bir dilden konuşulduğu için çok ilgi çekmiyor, gerçekte nasıl bir dünyada ne derece hayret verici canlılarla birlikte inanılmaz hassas ekolojik dengeler içerisinde olduğumuz gerçeği insanlarımıza ilgi çekici bir şekilde sunulmalı ve her yaştan insanı düşündürmeli. İşte” Doğa ve Teknoloji” konusunu gündeme getirmekteki amacımızda insanların ilgisini doğaya ve canlılara yöneltmek. İnsanlar öncelikle canlıları ,kendi vücutları dahil, daha ayrıntılı bir şekilde tanırlarsa ozaman korumak için ellerinden geleni yaparlar. Önce teknolojinin ne olduğundan başlayalım. Teknoloji, gelişmiş laboratuar ortamlarında alet bilgisine dayanarak geliştirilen bir üretim sürecidir. 20.yy’da kimya, fizik ve matematik alanındaki bilgilerin ilerlemesiyle birlikte teknolojik üretim gerçekleştirebilecek donanıma sahip ortam bulmak mümkün olmuş ve teknoloji bir bilim dalı haline gelmiştir.
Teknolojik üretim için sadece gelişmiş laboratuar ortamlarına, alet bilgisine ve donanıma sahip olmak yeterli değildir. Bu üretim çok daha kompleks süreçlerden geçer.

Öncelikle araştırma yapmak gerekir. Bu sayede, ihtiyaçlar belirlenir ve bu ihtiyaçları karşılamak için geliştirilebilecek ürüne karar verilir. Daha sonraki aşamayı ise; alet-donanım bilgisi ile plan alır. Karar verilen ürünün hangi ekipmanlar, donanım, makine ve sistemler aracılığıyla geliştirilebileceği tespit edilerek; bu donanımların nasıl kullanılacağı ve bir araya getirileceğini belirleyen bir plan çizilir.

Uygun laboratuar ortamları ve uygulanacak metodların tespitinden sonra mühendislik bilgisi kullanılarak ürün geliştirilmeye başlar. Önceden belirlenmiş kullanım amacı ve koşullarına göre geliştirilen ürünün başka ürünlerle kullanılması durumunda diğerleriyle olan uyumu sağlanır. Estetik bir görüş ve kullanım kolaylığı ile birlikte piyasaya sunulur.
--- Şimdi hep birlikte teknolojik bir ürün geliştirmenin aşamalarını inceleyelim:
Resimde, bir araba üretmek için gereken aşamaları görüyoruz.
İlk olarak, arabanın tasarımını yani hangi parçanın nerede kullanılacağını anlatan bir plana ihtiyacımız var.

Daha sonra, donanım ve ekipmanlar geliyor. Burada arabayı oluştururken kullanılacak parçaları görüyoruz.

Tüm bu donanım ve ekipmanların çalışmasını sağlamak için bir güç merkezi ; yani motor gerek...

Kullanım kolaylığı sağlaması için; aracın kontrolü için bir kumanda merkezi ve kontrol paneline de ihtiyacımız var.

Ve son olarak da fizik bilgisi ve matematiksel hesaplama kullanarak tüm bu parçaları biraraya getirecek mühendislik bilgisi gerekiyor.
--- TEKNOLOJİ DENİNCE AKLA İNSAN VÜCUDU GELİR

İnsan vücudunun her köşesi inanılmaz ileri düzeyde teknolojik yapılarla doludur. 100 bin km lik damar ağı su kanalları veya otoyollar gibi kanı dolaştırır ve hayat verir, vücudu ayakta tutan beyin kontrollü elektrik ağı tam 160 bin km lik donanımla her köşeye ulaşır ve dünyadaki internet ağlarından daha hızlı ve komplekstir. Beyin 27 bin dizüstü bilgisayarın kapasitesine sahiptir ve çok daha hızlı paralel işlem yapar. Gözler dünyanın en hassas kameralarından daha hassas görür daha hızlı zumlar ışık ve karanlık,netlik ayarını çok daha hızlı yapar, kulak en gelişmiş hi-fi stereo müzik sisteminden daha hassastır ve kalitelidir.Dünyada böbrek kadar sessiz ve hızlı çalışan bir arıtma sistemi yoktur. Savunma ordusu 1 trilyon askerden oluşur ve hepsi eğitimlidir devamlı savaşa hazır modern silahlarla donanmışlardır.

---Bütün canlılar farklı teknik özelliklere sahiptir ve insanda olmayan birçok teknolojik özellik farklı canlılarda karşımıza çıkar. Bunlardan çok belirgin olan iki tanesi engerek yılanı ve akreptir.

Engerekteki hassas ısı tespiti

Pit denen çukur organlara sahip olan, aynı zamanda "Pit Viper" olarak isimlendirilen yılanlar "engerek yılanları" olarak bilinir. Texas Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği bölümünde profesör olan Dr. John Pearce, pit engerekleri olarak bilinen "Crotaline"ları incelemiştir.

Yapılan araştırmalarda bu yılanların gözlerinin önünde bulunan ve fazla sayıda sinir barındıran küçük çukurların, sıcakkanlı avların yerlerinin tespit edilmesinde kullanıldıkları ortaya çıkmıştır. Pit denilen bu çukur organlar bir ısı-algılayıcı sistem içerir. Bu sistem öylesine hassastır ki, metrelerce uzaktaki bir fareyi, zifiri karanlıkta bile algılayabilir. http://www. utexas. edu/admin/opa/oncampus/01oc_issues/oc010627/oc_vipers. html; On Campus, Vol.28, No.08, 27 June 2001

Araştırmacılar engereğin tespit ve imha mekanizmasının sırlarını çözdüklerinde, yılanın uyguladığı yöntemlerin ülkenin düşman füzelerden korunmasında çok daha geniş ölçüde uygulanabileceğini ifade etmektedirler. Bununla birlikte tehlikeli görevlerde uçuş yapan pilotların da düşman silahlarından kaçmalarına yardımcı olabilecek sistemler geliştirilebilecektir. Dr. John Pearce, "Hava Kuvvetleri biyolojik sistemi taklit ederek, daha iyi bir füze dedektörü yapabilecek mi?" sorusunu gündeme getiriyor. http://www. utexas. edu/admin/opa/oncampus/01oc_issues/oc010627/oc_vipers. html; On Campus, Vol.28, No.08, 27 June 2001

Ayrıca bu amaçla yürüttüğü çalışmalarda yılanın hassasiyetine yetişmekte oldukça zorlandığını da şöyle anlatıyor:

Biz, esasen yılanın organının hassasiyetini örnek alıyoruz. Sinir uyarılarını ölçebilirsiniz, fakat sorun bu uyarıların ne anlama geldiğidir. Bunu bize söylemesi için sayısal bir model kullanıyoruz: Organa çarpan kızıl ötesi ne kadar fazlaysa, o kadar çok sinir uyarısı olmaktadır. http://www. utexas. edu/admin/opa/oncampus/01oc_issues/oc010627/oc_vipers. html; On Campus, Vol.28, No.08, 27 June 2001

Yılanın pit organında, kan damarları ve sinir düğümleri bakımından zengin olan çok ince bir zar vardır. Bilim adamlarının inceleme yapabilmesi için bu zarın yaydığı sinyallerin durulduğu bir zamanı yakalamaları gerekmektedir. Ama bu zar öylesine hassastır ve tepkilerindeki çeşitlilik de o kadar kısa sürelidir ki, sinyalleri yakalayıp bunlar üzerinde bir çalışma yapmak oldukça zordur. Pit organının işleyişini anlamak için hassas ölçümler ve mikro-grafik resimler üzerinde çalışmak gerekmektedir.

Bu örnekte de görüldüğü gibi, doğadaki canlılar çok üstün bir akıl ve teknoloji sergilemektedirler. Doğadaki tasarımlardan örnek alan araştırmacılar da, bu sayede uzun yıllarını alabilecek projeler için benzersiz modeller elde etmekte ve kısa zamanda sonuca ulaşmaktadırlar.
ÇÖL TANKI AKREP

Çölde yaşayan kum akrepleri, küçük hayvanlar içinde en tehlikeli olanlardandır. Bu akrep türünün gözleri hemen hemen hiç görmez. Buna rağmen geceleri avlarının yerini büyük bir ustalıkla belirleyebilirler.

Bu durum, akrebin sekiz ayağında da bulunan yarık biçimindeki mükemmel algılayıcılarla ilgilidir.

Akrebin yakınlarında bir yere bir kelebeğin konduğunu düşünelim. Yere konan kelebek yerde iki tip titreşim dalgası oluşturur. Birincisi saniyede 150 metre hızla ilerleyen hacim dalgalarıdır. İkincisi ise yüzeye paralel olarak saniyede 50 metre hızla yayılan "Rayleigh" denilen dalgalardır. Ava olan mesafe, bu iki dalganın akrebe ulaşma süreleri arasındaki fark tespit edilerek belirlenir. Bilim ve Teknik Dergisi, "Akrebin Silahı: Fizik", TÜBİTAK, Eylül 200, sf.16

Avın ne kadar uzakta olduğunu bilmek elbette tam bir tesbit anlamına gelmez. Bu nedenle hedefin hangi yönde olduğunun bilinmesi de şarttır.

Akrebin bacakları yaklaşık 5 cm. çaplı bir daire üzerinde yere basar. Dolayısıyla avın yaydığı Rayleigh dalgasının akrebin ava en yakın bacağına ulaşmasıyla, en uzaktaki algılayıcıya varması arasında 5 milisaniye (saniyenin iki yüzde biri) kadar bir fark olur. Algılayıcılardan biri, Rayleigh dalgasını belirlediğinde, sinir hücreleri akrebin sinir sistemi merkezine bir sinyal yollar. Bu uyarıcı sinyal, karşı taraftaki üç ayaktan gecikmiş olarak gelen dalgaları algılayan sinire de ulaştırılır. Ancak bu üç bacaktan gelen sinyaller bastırılarak sinir sistemi merkezine anında ulaştırılmaz.

Böylece her defasında erken gelen sinyale kaynak oluşturan ayak ile diğer taraftaki üç ayağın konumu değerlendirmeye alınır. Bu konumsal değerlendirmeyle dalganın kaynağının yönü belirlenir.

Eğer uyarıcı sinyal ile baskılanan sinyallerin ayaktaki algılayıcılara ulaşması arasındaki fark saniyenin beş yüzde biri kadarsa, sinir sistemi merkezi her iki sinyali de gecikmesiz olarak aynı anda algılar. Bu ise akrep için, harekete geçme ve "saldırı için mükemmel tasarlanmış silahlarını kullan" anlamına gelir.

Ayaklardan gelen sinyalleri işlemden geçiren 8 sinir hücresi adeta bir komite gibi toplanıp, her defasında avın yönünü ortak bir kararla belirlemektedir. http://itb.biologie.hu-berlin.de/~kempter/Publications/2000/PhysRevLett/abstract.html
---Piyasaya yeni çıkan bir tasarım, ilk başta doğal olarak görünüşü ile ilgi çeker. Müşterilerinin beğenisini kazanır. Genelde bir malın satışındaki ilk faktör şekil, renk gibi öğeleri içeren dış görünüşüdür, daha sonraki faktör ise fonksiyonudur.

İlk başta incelediğimiz üzere bir ürünün tasarımı için, ilk adımdan üretim aşamasına kadar oldukça zahmetli bir süreç gerekir. Sadece insan becerisiyle yapıldığını sandığımız birçok şeyin tasarımı ise, gerçekte doğada mevcuttur. Büyük bir bilgi birikimi ve insanların yıllar süren araştırmaları sonucu ortaya çıkan yapılar veya teknolojik ürünler, doğada zaten milyonlarca yıldır bulunmaktadır.

Bunun farkında olan tasarımcılar, mimarlar ve bilim adamları canlıların yaratılış özelliklerini kendilerine örnek alarak, yeni modeller üretme yoluna gitmişlerdir.
--- Son yıllarda doğayı gözlemleyip canlıların üstün teknolojik yapılarını inceleyen ve taklit etmek amacıyla doğmuş biyomimetik alanında birçok kitap yazıldı. Bu kavramı ilk ortaya atan araştırmacı Janine Benyus oldu.
Biomimicry adlı kitabın yazarı Janine M. Benyus ise, doğada gördüğü mükemmellikler üzerinde düşünerek, doğadaki modellerin taklit edilmesi gerektiğine inanmıştır. Onu böyle bir yaklaşımı savunmaya yönelten örneklerden bazıları şunlardır:

Arı kuşlarının 10 gramdan daha az bir yakıtla Meksika Körfezi'ni geçebilmeleri,

Yusufçukların en iyi helikopterlerden bile daha iyi manevra yapabilmeleri,

Termit kulelerinde bulunan iklimlendirme ve havalandırma sistemlerinin, donanım ve enerji sarfiyatı bakımından insanların yaptıklarından çok daha üstün olmaları,

Yarasanın çok-frekanslı ileticisinin, insanların yaptığı radarlardan daha verimli ve duyarlı çalışması,

Arıların, kaplumbağaların ve kuşların haritaları olmadan uzun mesafeli yolculuklar yapabilmeleri,

Balinaların ve penguenlerin oksijen tüpü kullanmadan dalmaları,

DNA sarmalının bilgi depolama kapasitesi,

Yaprakların fotosentez işlemi ile, yılda 300 milyar ton şeker üretimi yaparak dünyanın en büyük kimyasal işlemini gerçekleştirmesi...
--- Peki biyomimetik adlı alanın ortaya çıkma nedeni nedir? Bugün dünya ekosistemi tehlike altındadır. Dünyayı kirleten gazlar,denizlere ve akarsulara bırakılan zehirli atıklar, fosil enerji yakıtlarının yüksek ısı açığa çıkararak ve yüksek oksijen tüketerek dünyayı kirletmesi..Dünyamızda kullanılan endüstriyel teknolojilerin çok gürültülü,yüksek enerji,oksijen ve su tüketen yapıda olmaları..

Doğadaki tasarımlar en az malzeme ve enerji ile en fazla verimi alırlar

Kendi kendilerini onarma özellikleri

Geri dönüşümlü ve doğa dostu olmaları

Sessiz çalışmaları , estetik, dayanıklı ve uzun ömürlü olmaları

–Ara başlık

--- DNA molekülünde tam bir milyon ansiklopedi sayfasını dolduracak miktarda bilgi bulunur. Dikkat edin; tam 1.000.000 ansiklopedi sayfası…Yani, her bir hücrenin çekirdeğinde, insan vücudunun işlevlerini kontrol etmeye yarayan bir milyon sayfalık bir ansiklopedinin içerebileceği miktarda bilgi kodlanmıştır. Bir kıyaslama yapmak istersek, dünyanın en büyük ansiklopedilerinden birisi olan 23 ciltlik "Encyclopedia Britannica"nın bile toplam 25 bin sayfası vardır. Dev bir ansiklopedi olan DNA’da yaklaşık 3.1 milyar hatasız kod bulunur.

Los Angeles, ABD’deki Güney California Üniversitesi’nden Led Adleman’ın yaptığı hesaplamalara göre, sadece 1 gram DNA molekülü, 1 trilyon CD’ye (compact disc) eş değerde bilgiyi saklayabilmektedir.1 trilyon cd=200 trilyon kitap demektir. John Whitfield, “Physicists plunder life's tool chest”, 24 Nisan 2003, http://www.nature.com/nsu/030421/030421-6.html

--- Muhteşem bir nanoteknolojik ambalaj sistemiyle sıkıştırılmış olan 1 metrelik şerit mm nin milyonda 1 i kadar bir alanı kaplar. Büyüterek orantıladığımızda 1650 km lik bir halatın toplu iğne kadar bir yere sığdırılması gibidir. Son yıllarda IBM firması, DNA’yı model alarak çok daha küçük alanda daha çok veri depolayabilecek yeni bir bilgisayar teknolojisi geliştirmeye başladı. Bu teknoloji saniyede 330 trilyon işlem gerçekleştirebilen ve en hızlı PC'den 100 bin kat daha hızlı olan bir bilgisayar : DNA Bilgisayarı

Bir yıl önce Rehovot'da, Weizmann Bilim Araştırma Enstitüsünde İsrailli bilim adamları, mikroskobik silikonlar yerine enzimlerden oluşan programlanabilir moleküler bir bilgisayar üretmişlerdi. Bu sistemi geliştiren ekip, geçen zaman içinde bir adım daha ileri gitti. Tek bir DNA molekülü ile bir bilgisayarı çalıştırmayı başardılar.

Yeni geliştirilen mikroskobik bilgisayarda DNA molekülü, hem işlem yapıyor hem de gerekli enerjiyi üretiyor. Bilgisayarın veri giriş çıkış terminalleri ile yazılım ve donanımı tamamen, canlı organizmalardaki kodlanmış bilgiyi depolayan DNA moleküllerinden yapılıyor. Aynı zamanda DNA bilgisayarının enerji kullanımının da çok düşük olduğu belirtiliyor.

Guinness Rekorlar Kitabı bu bilgisayarı "Dünyanın en küçük biyolojik işlem cihazı" olarak tanımlıyor.

Çıplak gözle, DNA bilgisayarı bir test tübündeki su şeklinde görülüyor, ortada mekanik bir aygıt görünmüyor. Bir trilyon biyomoleküler aygıt tek bir su damlasına sığabiliyor. Bilim adamları sonuçları bir bilgisayar ekranında görmek yerine, DNA molekülünün uzunluğunu görmeye izin verecek bir tekniğin kullanılmasıyla analiz ediyorlar.

http://www.cnn.com/2003/TECH/ptech/08/18/biological.computing.ap/index.html
--- Birazda canlılardan esinlenilerek geliştirilmiş akıllı malzemelere göz atalım:

Bugün doğadaki malzemelerin yapısını inceleyerek bunları çalışmalarında örnek olarak kullanan pek çok bilim adamı vardır. Çünkü doğadaki materyaller ihtiyaç duyulan sağlamlık, hafiflik, esneklik gibi özelliklere sahiptir. Örneğin "Abalone" adı verilen bir deniz canlısının iç kabuğu, yüksek teknolojiyle üretilen seramiklerden iki kat daha dayanıklıdır; örümceğin ipeği çelikten beş kat daha sağlamdır; midyedeki yapışkan ise suyun altında dahi etkisini koruyabilmektedir.18 http://www. biomimicry. org/reviews_text. html; David Perlman, San Francisco Chronicle, November 30, 1997

Bilim ve Teknik Dergisi araştırma ve yazı grubunun bir üyesi olan Gülgün Akbaba, doğadaki malzemelerin üstün özelliklerinden ve insanların bunlardan nasıl yararlanacağından şöyle bahseder:

Geleneksel seramik ve cam malzemeler, hemen her gün kendini yenileyen teknolojiye ayak uyduramaz hale geldi. Bilim adamları bu boşluğu doldurabilmek için çalışmalar yapıyorlar. Doğadaki yapıların mimari sırları yavaş yavaş çözülmeye başlandı… Tıpkı doğadaki bir midye kabuğunun kendi kendini yenilemesi ya da yara almış bir köpek balığının derisinde gerçekleşen onarım gibi, teknolojilerde kullanılan malzemeler de kendi kendini yenileyebilecek. Daha sert, sağlam, dayanıklı, üstün fiziksel, mekanik, kimyasal ve elektromanyetik özelliklere sahip olan bu malzemeler, örneğin uzay araştırmalarında roket, uzay mekiği, uydu taşıyıcıları gibi araçların atmosfer giriş ve çıkışlarında gereksinim duyulan yüksek sıcaklıklara dayanıklılık ve hafiflik özelliklerini taşıyor. Kıtalararası ulaşım için geliştirilmesi planlanan süpersonik dev yolcu uçakları çalışmalarında da ağırlıkça hafif ve yüksek sıcaklıklara dayanıklı malzemeler gerekiyor. Tıpta örneğin yapay kemik üretiminde gereksinim duyulansa, süngerimsi görünüşü, sert yapısıyla dokusu doğala olabildiğince yakın malzemeler.19 Malzeme Biliminin Önderlerinden İlhan Aksay", Bilim ve Teknik, Şubat 2002 s.92

Seramik, inşaattan elektrik malzemelerine kadar geniş kullanım alanı olan bir malzemedir. Ne var ki bu malzeme üretilirken çoğu zaman 1000-1500 oC'den daha fazla sıcaklıklara ulaşan bir ısının kullanılması gerekir.

Doğada birçok seramik malzeme vardır. Ancak bunların oluşumu sırasında hiçbir zaman böyle yüksek sıcaklıklar kullanılmaz. Örneğin midye kabuğu 4oC'de ve en mükemmel biçimde oluşmaktadır. Doğadaki bu teknoloji, bir Türk bilim adamı olan İlhan Aksay'ın dikkatini çekmiş ve kendisi daha iyi, sağlıklı, kullanışlı, işlevsel seramiklerin nasıl üretileceği konusuna yönelmiştir. Bazı deniz hayvanlarının kabuklarının iç yapılarını inceleyen Aksay, Abalone adlı deniz canlısının kabuğundaki yapının olağanüstülüğünü hemen fark etmiştir. Aksay konuyla ilgili şunları söyler:

Midye kabuğu elektron mikroskobu altında 300.000 kez büyütüldüğünde, tuğladan bir duvar görünümü ortaya çıkar. Bu duvar, harç niteliğindeki bir proteinden ve kalsiyum karbonattan yapılmış tuğlalardan oluşur. Kalsiyum karbonat kırılgan bir niteliğe sahip olmasına karşın, kabuk katmanlı yapısından dolayı olağanüstü sağlam ve insan yapımı seramikten daha az kırılgandır. Bir halatın sadece bir ipi koptuğunda bütün halat kopmuş olmaz. İşte buna benzer şekilde midye kabuğunun bu katmanlı yapısı çatlakların yayılmasına engel olur.20 www.princeton.edu/.../publicity/ PAW19980128/0128feat.htm
Diğer bir malzememiz çamurlu göllerde yetişen bir çiçek olan lotustan esinlendi:

(beyaz nilüfer), çamurlu ve kirli ortamlarda yetişir.Buna rağmen bitkinin yaprakları sürekli temizdir. Çünkü bitki, üzerine en ufak bir toz zerresi geldiğinde hemen yapraklarını sallar ve toz taneciklerini belli noktalara doğru iter. Yaprağın üzerine düşen yağmur damlaları da bu noktalara doğru yönlendirilir ve buradaki tozları süpürmesi sağlanır.

Bu bitkiyi inceleyen araştırmacılar Lotusun yaprağı gibi, yağmur sularını kullanarak üzerindeki kiri temizleyen bina yüzeyleri üzerinde çalışmaya başlamışlardır. Bu çalışmalar sonunda ISPO isimli bir Alman şirketi, Lotusan adı verilen cephe kaplama malzemesini üretmiştir. Asya ve Avrupa'da bulunan satış noktalarında piyasaya sunulan bu ürün için 'deterjana gerek kalmadan 5 yıl boyunca kendini temiz tutacağı garantisi' bile verilmiştir.

New York Times, Mühendisler tasarım için doğadan örnek alıyor, 11 Aralık 2001

--- Köpekbalığı derisi- Mayolar ve Suyun Yüzey Direnci

1/100 saniyenin altın madalyayı belirlediği olimpiyat yarışmalarında, yarışmacılar açısından suyun vücutlarının üzerinde oluşturduğu sürtünme direnci oldukça önemlidir. Bu nedenle birçok yüzücü, sürtünme direncini en aza indirecek yeni mayoları tercih etmektedir.

Köpek balıkları üzerinde taramalı elektron mikroskobuyla yapılan incelemelerde, balığın derisinin şeritler içerdiği görülmüştür. Şeritler, dikey su girdapları veya su spiralleri oluşturarak suyu balığın vücuduna daha çok yapıştırır ve suyun yüzmeye karşı direncini azaltır. Şeritlerin bu etkisi "Ribblet etkisi" olarak bilinir ve bu konu ile ilgili NASA'nın Langley Araştırma Merkezi'nde Ribblet deri araştırmaları yapılmaktadır. Son on yıldır da bu etki mayolar üzerinde uygulanmaktadır.

Yeni lifler ve yeni dokuma teknikleri ile yapılan mayolar, yüzücünün vücudunu sararak suya en az direnç gösterecek şekilde üretilmektedir. Nitekim yapılan araştırmalar bu mayoların diğer mayo tiplerine oranla sürtünme direncini %8 azalttığını göstermiştir. Bilim ve Teknik, TUBİTAK Yayınları, No.395, Ekim 2000, s.77

Örümcek ağı-kevlar

Örümceklerin ürettiği ve çapı bir milimetrenin binde birinden daha küçük olan ipek ipliği, aynı kalınlıktaki çelik telden beş kat daha sağlamdır.

Kendi uzunluğunun dört katı kadar esneyebilir.

İpek aynı zamanda son derece hafiftir. Bu hafifliği şöyle bir örnekle de tarif edebiliriz: Dünyanın çevresi boyunca uzatılacak bir ipek ipliğinin ağırlığı sadece 320 gram gelir.

Bu özellikler tek tek bazı malzemelerde bulunabilir. Ancak hepsinin birarada bulunması son derece özel bir durumdur. Çünkü hem sağlam hem esnek bir malzeme bulabilmek oldukça zordur. Örneğin çelik halat en sağlam malzemelerden biridir. Fakat kauçuk halatlar gibi esnek olmadıklarından zamanla deforme olurlar. Kauçuk halatlar da kolay kolay deforme olmamalarına rağmen yeterince dayanıklı olmadıkları için ağır yükleri kaldıramazlar.

Şöyle bir düşünelim. Örümcek ipliğini bu kadar üstün yapan şey, ipeğin kimyasal yapısında ve üretim merkezinde gizlidir. Örümcek ipliklerinin hammaddesi, örgülü helezonik amino asit zincirlerinden oluşan "keratin" adlı proteindir. Keratin; saç, tırnak, tüy, deri gibi birbirinden çok farklı maddelerin yapı taşıdır ve oluşturduğu tüm maddelerde koruyucu özelliği ile ön plana çıkar. Ayrıca keratinin esnek hidrojen bağlarla bağlanmış amino asitlerden oluşması, bu maddelere çok esnek olma özelliğini kazandırır. Bu esneklik Amerika'nın ünlü bilim dergilerinden Science News'de şöyle bir benzetme ile tarif edilmiştir:

İnsan ölçülerine göre, balık ağı boyutlarındaki bir örümcek ağı, bir yolcu uçağını yakalayabilir.http://www. watchtower. org/library/g/2000/1/22/article_02. htm

Örümceklerin kuyruklarında altı bölümden oluşan ve ipek kesesi denilen bir bölge vardır. Keselerin her birinde farklı salgılar üretilir. Bu keselerin salgıları değişik kombinasyonlarda birleşerek farklı türdeki ipek ipliklerini meydana getirirler. Keseler arasında ise büyük bir uyum vardır. İpek üretimi sırasında örümceğin vücudunda bulunan ve son derece gelişmiş özelliklere sahip olan pompalar, vanalar ve basınç sistemleri kullanılır. Üretilen ham ipek, musluk gibi çalışan bölümlerden lif şeklinde dışarı akıtılır. Fritz Vollrath & David P.Knight, Nature, 29 March 2001, 541-548

Örümcek bu muslukların püskürtme basıncını da dilediği şekilde değiştirebilir. Bu, son derece önemli bir özelliktir. Çünkü bu işlem sayesinde sıvı keratini oluşturan moleküllerin yapısı da değişmiş olur. Valfler üzerindeki kontrol mekanizması sayesinde iplik üretilirken ipliğin çapı, direnci ve elastikiyeti de değiştirilebilir. Böylece ipeğin kimyasal yapısı değiştirilmeden ipliğe istenilen fiziksel özellikler kazandırılır. Eğer iplik üzerinde daha köklü bir değişim isteniyorsa bir başka bezin kullanımına geçilmesi gerekmektedir. Salgılanan farklı özelliklere sahip iplikçikler arka ayakların mükemmel kullanımı sayesinde istenilen doğrultuya yönlendirilir.

Örümcekteki bu kimyasal özelliği tam olarak taklit etmek mümkün olduğunda, gerektiği kadar esneyebilen emniyet kemerleri, son derece sağlam dikişler, iz bırakmayan ameliyat iplikleri, çok hafif kablolar, kurşun geçirmez kumaşlar gibi çok sayıda faydalı malzemenin üretimi yapılabilecektir. Üstelik bu malzemelerin üretiminde zararlı ve zehirli madde de kullanılmamış olacaktır.

Örümceklerin ürettikleri ipekler olağanüstü özelliklere sahip yapı malzemeleridir. Gerilme esneklikleri çok fazla olduğundan örümcek ipeğini koparmak için gereken enerji benzer diğer biyolojik materyalleri koparmak için gereken enerjiden on kat daha fazladır. http://iago. stfx. ca/people/edemont/abstracts/spider. html

Örümceğin ürettiği ipi parçalamak, aynı kalınlıktaki naylon bir ipi parçalamaktan çok daha fazla güç sarf etmeyi gerektirir. Örümceğin böylesine sağlam bir iplik üretebilmesinin başlıca sebeplerinden biri, temel protein bileşenlerinin kristalleşmesini ve katlanmasını kontrol ederek düzenli bir yapıda yardımcı bileşikler eklemeyi başarmasıdır. Örgü maddesi sıvı kristal olduğundan, örümcekler bu esnada minimum kuvvet harcarlar.

Örümceklerin yaptıkları ipek, bilinen doğal ya da sentetik liflerden çok daha güçlüdür. Ayrıca örümceğin ürettiği ipeği, ipek böceklerindeki gibi direkt olarak alıp kullanmak mümkün değildir. Bu nedenle kullanım için mevcut alternatif "yapay üretim"dir. Araştırmacılar da, öncelikle örümceğin ipeğini sonra da bu ipeğin nasıl üretildiğini çok kapsamlı olarak araştırmaktadırlar. Araneus diadematus adı verilen bahçe örümceği üzerinde çalışan Dr. Fritz Vollrath, bu yöntemin önemli bir bölümünü keşfetmeyi başarmıştır. Vollrath araştırmalarının sonuçlarını şöyle anlatır:

Örümcekler ipeklerini, asitleyerek sertleştiriyorlardı. İpek, oluştuğu kanala girmeden önce, sıvı proteinlerden oluşuyordu. Kanalın içinde özel hücreler, ipek proteinlerindeki suyu kendilerine çekiyorlardı. Hidrojen atomları ise diğer bir kanalda pompalanan suyu alıyor ve bir asit havuzu oluşturuyordu. İpek proteinleri asit ile biraraya geldiğinde de, birinden diğerine bir köprü oluşturuyordu. Böylece son derece kuvvetli bir ipek oluşuyordu. Örümceğin ipeği, kurşun geçirmez yeleklerde, bisiklet kasklarında kullanılan ve bir tür plastik olan "kevlar" ile karşılaştırıldığında on kat daha sağlamdır. http://faculty. washington. edu/yagerp/silkprojecthome. html;Gosline, J.M. , M.E.Demont, et al.(1986)."The structure and properties of silk. " Endeavour 10(1): 37-43

Bilim adamlarının ileri teknolojinin imkanlarını kullanarak elde ettikleri Kevlar, insan yapımı en güçlü sentetiktir. Fakat örümceğin ipeği Kevlardan çok daha üstün özelliklere sahiptir. Örneğin sağlamlığının yanı sıra örümcek ipeğinin yeniden işlenip tekrar tekrar kullanılması da mümkündür.

Eğer bilim adamları örümceğin iç işlemlerini başarılı bir şekilde kopyalamayı başarabilir, protein katlanmasının kusursuz olmasını sağlayabilir ve örgü maddesinin gen dizilim bilgisini ekleyebilirlerse çok özel özellikleri olan ipek temelli ipleri endüstriyel olarak üretmeleri mümkün olabilecektir. Bu nedenle örümcek ipliğindeki örme işleminin ne şekilde olduğu anlaşılabilirse, insan yapımı materyallerdeki başarının da artacağı düşünülmektedir.

Bilim adamlarının seferber olup araştırdıkları örümcek ipliği, 380 milyon yıldan beri örümcek tarafından kusursuzca örülmektedir. http://faculty. washington. edu/yagerp/silkprojecthome. html; [(1) Shear, W.A. , J.M.Palmer, et al.(1989)."A Devonian Spinneret: Early Evidence of Spiders and Silk Use. " Science 246:479-481.