Makine Mühendisliği Bölümü’nde, enerji ile bilişim bağlantısını inceleyen makale en saygın fizik dergilerinden Physical Review Letters’da, Editör Seçimi olarak yayınlandı.
Bilgi işleme için enerji cinsinden ödememiz gereken bir bedel var mıdır? Aslında hemen aklımıza, transistor teknolojisine dayanan ve çok enerji tüketen bilgisayarlar gelebilir – ne var ki dijital sistemler, temel fiziksel kanunların belirlediği verimlilikten zaten çok uzakta çalışmaktadırlar. Öte yandan bilgi işleme için elektronik dışı yöntemler, mesela biyolojik, kuantum, optik ve mekanik sistemlerden yararlanan işlemciler geliştirme yolunda çalışmalar bulunmaktadır. Dolayısıyla bilgi-enerji bağlantısı halen temel bir soru olarak durmaktadır ve bugüne kadar çarpıcı teorik öneriler ve birbirleriyle çelişen deneysel sonuçlar ile incelenmiştir.
Termodinamik ile bilgi işleme arasındaki derin bağlantıyı inceleyebilmek için karşılaşılan en önemli problemlerden birisi, nano-boyutlarda ve çok hassas bir şekilde kontrol edilebilen sistemlerin eksikliğidir. İşte Physical Review Letters dergisinde yakın zamanda çıkan ve Bilkent Üniversitesi Hanay Araştırma Grubu tarafından geliştirilen nanomekanik sistem, bu araştırmaların önünü açacak niteliktedir. Geliştirilen aygıt uzun-ince bir köprü şeklinde ve bir saç telinden yaklaşık 300 kat daha ufak bir kesit alanına haiz olarak üretilmiştir. Bu aygıtın burkulma (bükülüm) hareketi, sadece elektrostatik kuvvetler uygulanarak hassas bir şekilde kontrol edilebilmektedir. Böylece, bir bitlik bir veri, burkulma yönü kullanılarak saklanılabilir. Bu aygıtın sahip olduğu özelliklerden birisi, 0 ve 1 değerleri arasındaki geçiş için gerekli enerji bariyerinin dinamik olarak değiştirilebilmesidir: böylece aygıtın normalde gösterdiği histerik davranışın miktarı da ayarlanabilir ki, bu özellik bilgi işlemcilerin termodinamiğini irdelemenin kritik bir adamıdır.
Geliştirilen aygıt aynı zamanda nanomekanik bir bilgisayarın temel taşı olarak da kullanılabilir. Her ne kadar mekanik bir bilgisayar, elektronik bilgisayarlara göre daha yavaş ve büyük olsa da zorlu koşullar altında mekanik bilgisayarın işlerliğini koruması beklenir. Bu zorlu koşullar nükleer radyasyon, çok yüksek ve düşük sıcaklıklar, hatta elektronik harp gibi durumları da içerebilir.
Aygıtta kullanılan ve bilgi saklamaya yarayan burkulma mekanizması aslında uzun zamandan beri inşaat ve makine mühendisleri tarafından yapısal bir felaket olarak nitelendirilmekteydi: bu çalışma sayesinde, burkulma artık nano-boyutlarda kullanılabilen bir hareket şekli olarak yeniden tanımlanmış oldu. Öyle ki, yeni aygıt nano-boyutlarda konumlama yapabilen ve kendi boyunun %10’undan fazla yanal yer değiştirme sağlayabilen bir robot olarak da işlev sağlayabilir. Bu hareketlerin videoları, elektron mikroskopu altında elde edilmiştir. Bu şekilde çalışan aygıt, tek hücre düzeyindeki hassas deneylerde de kullanılmak üzere geliştirilmektedir.
Araştırma tamamen Türkiye içinde ve Bilkent Üniversitesi Makine Mühendisliğinde, Hanay Araştırma Grubu öncülüğünde gerçekleştirilmiştir. Makalenin ilk yazarları bu bölümden Selçuk Oğuz Erbil ve Utku Hatipoğlu’dur. Bilkent takımına ek olarak, nano-üretim desteği için Sabancı Üniversitesi SUNUM (Dr. Cenk Yanık), UNAM ve ODTÜ MEMS kurumları da projenin başarısına katkı sağlamışlardır. Proje TÜBİTAK tarafından (EEEAG-115E833) desteklenmiştir.
Makaleye, Physical Review Letters dergisi web sayfasından ulaşılabilir. Bu makale, özel önemi ve ilginçliği nedeniyle, bu derginin Editör Seçimi olarak vurgulanan makaleleri arasına da girmiştir.
Bahsedilen aygıtın hareketinin videolarına Youtube üzerinden de ulaşılabilir. Çalışmayla ilgili daha fazla bilgi almak için Dr. Selim Hanay ile iletişime geçebilirsiniz [www.nems.bilkent.edu.tr].