Esnekliğin Gücü

Bir yağmur damlası ile bir sivrisinek birkaç milimetre büyüklüğünde olmakla beraber, küre şeklindeki yağmur damlası daha yoğun olup sivrisinekten 50 kat daha ağırdır. İnsana kıyasla bir kamyonetin ağırlığı kadar olan yağmur damlası, sağanak hâlinde inerken sivrisinekler nasıl hayatta kalır? Elbette hem sivrisineği hem de yağmuru yaratan Rabbimiz, sınırsız ilmi ile hiçbir mahlûkunu mağdur etmemiş, hayatta kalmaları için her canlıyı çeşitli yapılar ve stratejilerle donatmıştır. Uçan böceklerin büyük çoğunluğu rüzgârda sallanan çiçek sapları ve ağaç dallarıyla çarpışırken, hamam böcekleri gibi karanlıkta yaşayanlar, etraflarındaki çeşitli nesnelerle çarpışırlar, fakat yaralanmadan ve sakatlanmadan hayatlarını sürdürürler.

Araştırmacılar, laboratuvarda yaptıkları yağmur odasında, sivrisineklerin uçuşlarını videoya kaydettiler. Bir yağmur damlası, sivrisineğe çarptığında onun havada dönmesine sebep olmakta ve birkaç santimetre birlikte düştükten sonra, sivrisinek damlanın altından kayıp zarar görmeden uçuşuna devam etmektedir.

Şiddetli yağmurda avucunuzu açarsanız, damlalar avucunuza çarpar ve bir kuvvet hissedersiniz. Çünkü avucunuz damlaların hareketine direnç gösterir. Ancak sivrisinekler yağmur damlasının hareketine karşı koyamayacak kadar hafiftir. Bu sebeple sivrisinekler damlayla birlikte düşerler. Bir balonu yumruklarsanız zarar veremezsiniz, çünkü direnç göstermez. Aynı şekilde sivrisineği tek elle öldüremezsiniz, onu iki eliniz arasında sıkıştırmanız gerekir.

Arıların çiçeklere ve diğer bitkilere çarpmasındaki tesir, hareket eden bir yağmur damlasının sivrisineğe çarpmasından çok daha fazladır. Araştırmacılar, Bombus arılarının ziyaret ettiği çiçek tarlalarına kameralar ve mikrofonlar yerleştirdiler. Kaydedilen sesi yavaşlatarak dinlediklerinde, ara sıra darbeler hâlinde gelen tuhaf bir tıkırtı sesi duydular. Bu sesleri video görüntüleriyle eşleştirdiklerinde, bir arının kanadının dakikada 50–100 defa çiçeklere çarptığını anladılar. Bu düzenli çarpma, arı kanadının kenarlarının zamanla zedelenmesine ve daha pürüzlü hale gelmesine sebep olmaktadır.

Bir uçak kanadı, Bombus arılarının defalarca mârûz kaldığı çarpışmalardan birine bile dayanamaz. Bu kısmen arı kanadının hafifliğinden kısmen de kanadın imal edildiği kitin proteininin dayanıklığındandır. Uçaklar pervanelerle kaldırma kuvveti üretirken, arılar kanatlarını saniyede yaklaşık 200 defa çırparak bu kuvveti sağlar. Uçarken yüksek enerji harcarlar, bu sebeple yavaşlayarak çarpmalardan kaçınmaları zordur. Uçmak yürümekten 10 kat daha fazla enerji tüketir ve bir bal arısı her yolculukta vücut ağırlığının en az %30’u kadar bir polen yüküyle yuvaya döner.

Böceklerin, kanatlarına zarar vermeden bitkilere nasıl konduğunu anlamak için araştırmacılar kontrollü çarpma testleri yaptı. Bombusarılarını ve eşek arılarını (Vespa) soğuk hava ile uyuşturup kanatlarını kapatmamaları için kuruyan bir yapıştırıcı ile sıvayarak deneyler yaptılar. Normal durumda arının kanadı hareket ederken sert bir engelle karşılaştığında üzerindeki kırışıklıklar sayesinde direnç göstermez ve bükülür. Böceklerin zar gibi ince kanatları bir damar ağı ile örülmüştür. Böcek bir yaprağa veya dala çarptığında bu damar ağı kanatların buruşarak kıvrılmasına sebep olurken, yırtılıp parçalanmasını da engeller; böcek çarptığı daldan uzaklaştığında, damarlarındaki enerji kanadın yeniden açılıp düzleşmesini sağlar. Yaban arısının kanadına hassas statik ve dinamik hesaplarla yerleştirilen damar ağının teşkil ettiği kırışma bölgelerinden kıvrılması sayesinde kanatları yırtılıp parçalanmaktan korunur. Kanattaki bu damarlar çok esnek bir protein olan resilinden yapılmıştır. 300 binden fazla çarpışma testi neticesinde, yapışkan madde ile hareketi kısıtlanmış kanatlar parçalanırken, serbest hareket eden kanatlar sağlam kalmıştır.

Başka bir çalışmada, yaban arısının kanadına çok hafif ultramarin maddesi sürülüp kurutulmuş ve esnekliği engellenmiş durudayken üzerine hafif plastikten boncuklar takılarak taşıyabileceği yük ile kanatlarının esnekliği engellenmemiş arıların taşıyacağı yük ölçüldüğünde, esnek kanatlı arıların %10 daha fazla yük taşıdıkları ve %10 daha az enerji harcadıkları tespit edilmiştir. Deneylerin devamında dar bir kanala yerleştirilip dönme dolabı gibi döndürülen yaban arısının, her dönüşte sert bir cisme çarpması sağlanmıştır. Bir yaban arısının ömrü boyunca mârûz kalacağı 400.000 çarpışma, yarım saat içinde dönme dolaptaki arıya uygulanmıştır. Neticede sertleştirilmiş kanattaki aşınmaların daha fazla olduğu, esnek kanatların ise darbelere dayanıklı olduğu görülmüştür. Bu deneylerden hareketle, gelecekte yapılacak uçan robotların kanatlarına kırışma bölgeleri ekleyerek daha az enerjiyle, daha uzağa uçmaları ve çarpmalardan kaynaklı hasarların azaltılabileceği gösterilmiştir.

Böceklere verilen bu kabiliyetin temelinde yatan birinci faktör, kanatların kıvrılma bölgelerindeki resilin maddesinin harika özelliği, diğeri de kitinden yapılmış zar inceliğindeki kanatların mimarisidir. Bu madde, normal uzunluğunun üç katına kadar uzayabilir ve enerjisinin %97’sini geri kazanır. Buna karşılık, bir golf topu %74, bir tenis topu %50 ve bir tahta top %35 sıçrayabilir. Sentetik biyo-uyumlu resilin, spor alanında önemli uygulamalara sahip olabilir. Omurgalıların kaslarını kemiğe bağlayan kirişler (tendon), enerjinin %90’ını geri kazanır. Gelecekte bu resilin maddesi tendonlara uygulanabilirse, aynı enerji ile %10 daha fazla yol almak mümkün olabilir. Aklı ve şuuru olmadığı hâlde böcekler için en uygun yapı malzemesinin resilin ve kitin olduğunu bu hayvanlar nasıl bilebilir?

Hamam böcekleri, sürekli yırtıcı hayvanlardan kaçmak zorunda oldukları için çarpmalara karşı özel bir kabiliyete sahiptir. Bir hamam böceği, herhangi bir harekete insandan 10 kat daha hızlı olarak, saniyenin 1/50’sinde tepki verebilir. Saniyede vücut uzunluğunun 25 katı kadar bir süratle (saatte 4 km) koşar. Hızla hareket ettiği için çevresindeki nesnelere çarpar. Görüntülerde, duvara çarpıp sekerek doğrudan duvara tırmandığı gözlenmiştir. Duvarın altında küçük bir çatlak varsa, vücudunu hemen o dar çatlağa sıkıştırır ve avcısının görüş alanından çıkar.

Laboratuvarda hamam böcekleri için engelli bir parkur inşa edildi. Hamam böceklerinin tercihi yapraklarla dolu bir orman zeminidir, çünkü kahverengi ve siyah renkleriyle kamufle olurlar. Parkurda bir tünel vardı ve tavan yüksekliği hamam böceğinin yüksekliğinin dörtte biri kadardı. Hamam böceği antenleriyle tüneli keşfetti, sonra başını içeri sokup birkaç kez çarptı. Hamam böceği 12 mm boyundaydı ve delikten dört kat uzundu. Ön ayaklarıyla vücudunu çekerek tünele girdi. Cam duvarlar sayesinde vücudunu sıkıştırdığı görülebiliyordu. Ayakta dururken altındaki bacakları artık yatay olarak yayılmıştı. Araştırmacılar bir çubukla dürttüler ve hamam böceği yengeç yürüyüşü ile uzaklaştı. Daha fazla dürtülünce hızlandı ve düzleşmiş vücuduyla koşmaya başladı. Hamam böceği esnek eklemleri sayesinde ezilmişken bile tam hızda koşabiliyordu. Bacak eklemleri esnek tabakalarla kaplıdır. Karnı da jaluzi gibi üst üste binen plakalarla korunur. Daha sonra kaçmasını önlemek maksadıyla, hamam böceğini her tarafı şeffaf duvarlarla donatılmış mekanik bir prese koydular ve vücut ağırlığının 900 katı kadar bir basınç uyguladılar. Bu basınç, bir kişiyi tek odalı bir dairenin altında ezmeye eş değerdir. Göbek plakaları yavaşça genişledi ve hamam böceğinin sıvıyla dolu yumuşak iç kısmı şeffaf zarlardan dışarı doğru uzadı. Kuvvet kaldırıldığında şeffaf zarlar, hamam böceğinin normal şekline geri dönmesine sebep oldu. Hamam böceği böyle bir basınç altında bile zarar görmeden uzaklaşmayı başardı.

Bir hamam böceğinin hayatta kalabileceği maksimum itme kuvveti, dış iskeletinin sardığı sıvının basıncına ne kadar dayanabileceğiyle sınırlıdır. Fakat robotlar, içinde sıvı yerine hava boşlukları bulunan parçalardan yapılırlar ve bir kâğıt parçası kadar küçüldüklerinde bile çalışabilirler. Bundan ilham alan araştırmacılar, 2009 senesinde mikrofabrikasyonla DASH isimli, avuç içi büyüklüğünde, 30 gramlık bir robot ürettiler. Saniyede vücut uzunluğu kadar (saatte 16 km) yol alabilen ve ezilmelere rağmen çalışmasını devam ettirebilen bu robot, yumuşak bir dış yüzeye sahipti.

Yaratıcımızın şefkat ve merhametinden kaynaklanan hayvanlardaki vücut örtüsü ve iskelet elemanlarının, ezilmelere karşı esneyerek, mârûz kaldıkları sertlik ve basınçtan zarar görmemeleri gibi, acaba bizler de mârûz kaldığımız sertlik ve haşinlikten zarar görmemek için esnek olmayı tercih edemez miyiz?

Kaynak

D.L. Hu, How to Walk on Water and Climb Up Walls: Animal Movement and the Robots of the Future, New Jersey: Princeton University Press, 2018.

Bu yazıyı paylaş