Technion Üniversitesinden Prof. Moran Bercovici ve Dr. Valeri Frumkin optik lens üretmek için daha önce kimsenin aklına gelmeyen ancak çok basit ve ucuz bir teknoloji geliştirdi. Bu teknolojiden gelişmekte olan ülkelerde gözlüklere erişimi olmayan milyarlarca insan faydalanabilir. NASA ise bu lens teknolojisini uzay teleskobunda kullanmak için iş birliği yapma peşine düştü.
Hayfa’da bulunan Technion (Israel Institute of Technology) Üniversitesinden iki İsrailli makine mühendisi, Prof. Moran Bercovici ve Dr. Valeri Frumkin, optik lens yapmak için çok ucuz ve basit bir teknik geliştirdi. İlginç olan, bu ikilinin optik değil sıvı mekaniğinde uzman isimler olmasıydı. Bercovici, Şanghay’da 2020’de yapılan World Laureates Forum’da Wolf Ödüllü İsrailli ekonomist David Zilberman ile tesadüfen yan yana oturdu. Zilberman gelişmekte olan ülkelerde yaptığı araştırmalardan bahsederken Bercovici’nin optik lens teknolojisini duyunca aynı teknolojiden gözlük yapıp yapılamayacağını sordu. Dünyada 2,5 milyar insanın gözlüğe ihtiyacı olduğunu ancak erişimi olmadıklarını Zilberman’dan öğrenen Bercovici, ülkesine döndükten sonra bir gözlüğün birkaç dolara imal edilebilmesine karşın gerçekten de dünyanın büyük bir bölümünde gözlük üretilemediğini World Economic Forum raporundan teyit etti. İnsanların işlerine kaybetmesine neden olan görme bozukluğu küresel olarak yıllık 3 trilyon dolarlık bir maliyet doğuruyordu.
Bercovici tekniği ile lens üretme süreci
Her şey tahta ve tebeşirle başladı
Bercovici ve Frumkin sınıf tahtasına bir lens çizdi. İlk bakışta sıvıları kontrol etme tekniklerinin konu lens şekli olunca çalışmayacağı belliydi. Sorun yerçekimiydi. Küresel şekiller optiğin temeliydi ve lensler küresel şekillerden oyularak yapılıyordu. Teoride Bercovici ve Frumkin katılaşmış bir sıvı polimer (moleküllerin tekrarlanmasından oluşan zincir madde) alıp, ondan yuvarlak kubbeler yapabilir böylece lens yaratabilirlerdi. Fakat sıvılar küresel şekli ancak çok az hacimde sürdürebilir. Hacim fazla olunca yerçekimi kubbeyi düz bir birikintiye çevirir.
Yerçekiminden kurtulmak
Bercovici ve Frumkin yerçekiminden nasıl kurtulabileceklerini düşünmeye başladı. Çözüm basitti ve neden daha önce bunu kimsenin düşünmediği şaşırtıcıydı. Lensi sıvı bir hazne içinde üretirlerse yerçekimi etkisini ortadan kaldırabilirlerdi. Tek yapılması gereken haznedeki kaldırma kuvveti olan sıvının polimerle aynı yoğunluğa sahip olmasını sağlamaktı; böylece polimer sıvı içinde batmadan yüzebilecekti.
İkinci esas ise birbirine karışmayan iki akışkan kullanmaktı, yağ ve su gibi. Böylece kaldıran sıvının ‘su’ olmasına, polimerin de ‘yağ’ olmasında karar kılındı.
Su polimerin yoğunluğundan daha az olacağından, yoğunluğunun biraz arttırılması gerekiyordu. Bu sorun da tuz, şeker ve gliserin ile kolayca halledildi.
Sürecin son malzemesi polimere şekil vermesi için, içine enjekte edilecek sert kalıptı. Polimer nihai formuna erişince, UV ışını vererek sıvı lens katılaştırıldı. İkili kalıpları kanalizasyon borularını silindir şeklinde keserek elde ettiler. Bercovici bunu herkesin evinde yapabileceğini söylüyor ve ekliyor: “Bugüne dek laboratuvarda çok deney yaptık, bazısı çok karmaşıktı fakat bu içlerinde şüphesiz en basiti ve belki de en önemlisi.”
Maliyetler önemli ölçüde düştü
Denklemler yer çekimini elimine edince kalıbın bir santimetre mi, bir kilometre mi olduğunun fark etmeyeceğini, polimerin miktarına bağlı olarak her zaman aynı forma erişebileceğinizi gösteriyor. Buradan yola çıkarak ikili bir temizlik kovasından elde ettikleri 20 santimetrelik kalıp kullandılar, bu tam teleskop lensi boyuna denk geliyor. Lenslerin çapı büyüdükçe fiyatları katlanarak artıyor fakat bu yeni teknikle büyüklüğün önemi olmaksızın yalnızca ucuz bir polimer, su, tuz (ya da gliserin) ve yüzük şeklinde bir kalıpla maliyetler artmıyor. Kullanılan bu ucuz malzemeler sayesinde 300 senelik geleneksel lens üretme metodunda büyük çapta bir değişim olacak.
Geleneksel süreçte, ilk etapta cam veya plastik levha tıraşlanarak şekillendirilir. Gözlük imalatında yüzde 80 civarında malzeme firesi oluşur. Bercovici ve Frumkin’in metodunda katı materyali tıraşlamak yerine, sıvı kalıba enjekte edilir ve lens firesiz üretilmiş olur. Bu metot ayrıca cilalama ihtiyacını da ortadan kaldırıyor; sıvı yüzey gerilimi aşırı derecede pürüzsüz bir yüzeyin oluşmasını sağlıyor. Kısaca doğanın kanunları şahane bir kaliteyi kendi kendine bedavaya yaratıyor.
Dr. Valeri Frumkin
Ultraviyole ışın lambaları internet sitelerinde 2 ila 4 dolar arasında satılıyor. Bu lambalar olmasa bile her zaman doğal güneş ışınlarından yararlanılabilir. Polimere gelince 250 mililitre bir şişe 16 dolar, bir lens için 5 ila 10 mililitre polimer kullanılıyor.
Her lens numarası için ayrı bir kalıba ise ihtiyaç duyulmuyor. Önemli olan enjekte edilen polimerin miktarı. Bunun otomasyonu önemli çünkü her lens numarasına göre enjekte edilen miktar farklı oluyor. Sürecin en pahalı kısmını polimer enjeksiyon otomasyonu oluşturuyor.
Balık vermek değil balık tutmayı öğretmek
Bercovici’nin en büyük ideali kaynakları asgari düzeyde olan ülkelere yardım edebilmek. Gelişmemiş ülkelerin ücra köylerine ucuz gözlük götürmek bir seçenek gibi dursa da bu yapılmıyor. Bercovici eski bir deyişin öğütlediği gibi imkanları kısıtlı insanlara gözlük vermeyi değil gözlük yapmayı öğretmek istiyor. Projenin başarılı olup olmayacağını zaman gösterecek.
Uzayda teleskop lensi üretilebilir mi?
Başta bunun çılgınca bir fikir olduğunu düşündüklerini belirten Bercovici, metodun kolaylıkla uzayda uygulanabileceğinden emindi. Yerçekiminden kurtulmak için bir sıvının kaldırma kuvvetine de ihtiyaç olmazdı ne de olsa uzay yerçekimsiz bir ortamdı.
Uzay teleskoplarının yeryüzündeki teleskoplara göre ışık kirliğinden etkilenmedikleri için önemli bir avantajı bulunuyor. Uzay teleskoplarını geliştirmekteki en önemli problem büyüklüklerinin onu fırlatacak uzay aracının büyüklüğü ile sınırlı olması. Yeryüzünde teleskopların çapı 40 metreye kadar çıkabiliyor. Uzaydaki Hubble Teleskobunun ayna çapı 2,4 metre. 25 Aralık’ta uzaya gönderilen Webb Teleskobunun aynasının çapı ise 6,5 metre. Webb’in yapımı 25 sene alırken, harcanan toplam rakam 9 milyar dolar. Bu pahalı sürecin sebebi teleskobun uzay aracına sığması için katlanabilme ve uzayda otomatik olarak açılabilme sistemine sahip olması.
Öte yandan sıvı, hazır halde katlanmış gibi düşünülebilir. Uzay aracı sıvıyla doldurulabilir, içine enjeksiyon mekanizması kurulabilir, kendiliğinden şişerek büyüyen yüzük şeklinde kalıp koyulabilir ve böylece lens uzayda üretilebilir. Şimdilik kulağa fantezi gibi geliyor ancak 20 yıla kadar hazır olabilir.
Bu rüya gerçekleşirse uzay araştırmalarının geleceği kökten değişebilir. Bugünün teknolojisi ile Güneş Sistemimizin dışındaki öte gezegenleri göremiyoruz. Bunun için şu anda yer yüzünde bulunan teleskoplarımızdan 10 kat büyük teleskoplara ihtiyacımız var. Şu anda elimizdeki teknoloji ile bu imkansız.
Öte yandan şu anda elimizdeki en büyük roket olan Space X şirketinin Falcon Heavy’si 20 metreküp sıvı taşıyabilir. Teoride bu roketin taşıyacağı polimerle 75 metre çapında bir ayna yaratılabilir. Bu şu anda yörüngesine doğru yol almakta olan Webb Teleskobunun aynasından 100 kat daha büyük olurdu.
Bir hayal olsa da bu proje NASA’nın ilgisini çekmeyi başardı. NASA’nın Ames Araştırma Merkezinden mühendis ve bilim insanları Dr. Edward Balaban önderliğinde bir ekip oluşturdu. Teknolojinin uygulamaya geçirilmesi için ilk çalışmalar başladı. Yüksek irtifada ters parabol şekli çizerek serbest düşüş yapan ve 20 saniye yolcularına yerçekimsizliği tecrübe ettiren özel uçaklarda denemeler gerçekleştirildi. Toplam 60 kez serbest düşüşte, her bir 20 saniye içinde bir lens üretildi ve yerçekimi lensi yatay birikintiye dönüştürene kadar geçen sürede lensin dayanıklılığı ölçüldü.
Astronot Eytan Stibbe Bercovici’nin laboratuvarında
Başarılı geçen deneylerin ardından test kitleri Uluslararası Uzay İstasyonuna (ISS) gönderilecek. Burada astronotlar çeşitli deneyler yapacak. İsrailli savaş uçağı pilotu Eytan Stibbe 28 Şubat’ta ISS’e 200 saat geçirmek üzere gidecek. İsrail’in uzaya gönderdiği ikinci astronot olacak Eytan Stibbe istasyonda İsrail üniversitelerinden onlarca projenin deneyini yapacak. Bercovici’nin lensleri ise bu deneylerin başında geliyor.
