Doğada Şekil Hafızasına Sahip Bilinen Tek Madde: Örümcek İpliği

“Gökleri ve yeri bir örnek edinmeksizin yaratandır…” (En’am Suresi, 101)

“Şekil hafızası” fizikte bazı metal alaşımların, şekilleri bozulduktan sonra yeniden orijinal hallerini almasına denir. Bu mucizevi özellik, metale ısı verme anında veya daha yüksek sıcaklıkların olduğu ortamlarda meydana gelir. Ne var ki, örümceklerin ürettikleri “şekil hafızalı” iplikler herhangi bir dış müdahaleye ihtiyaç duymadan bu işlevi kolayca görür.

Doğada hiçbir etkiye maruz kalmadan eski şeklini kazanabilen tek yapı olan örümcek ipliği, örümceğin bedeninde bulunan 6 farklı keseden salgılanan ipeklerle üretilir. Bilim adamları ipliğin sağlamlığını belirlemek için Araneau diadematus örümceği ile aynı ağırlıkta küçük bir cismi 90 derecelik bir açı ile, üç farklı maddeden oluşmuş ipliklere bağlayarak iplikleri döndürmüşlerdir. Bu şekilde iplik malzemesinin orijinal durumuna dönmesinin ne kadar zaman aldığını kaydetmişlerdir. Sonuca göre;

• Kurşungeçirmez yeleklerde kullanılan Kevlar polimer ipliği, yeterli esnekliği sağlasa da dönmenin etkisini çok az azaltabilmiştir.
  
• Bakır ipliği, ilk şekline dönmekte zorlanmış ve birkaç turdan sonra kırılır hale gelmiştir.
  
• Araneus diadematus örümceğinin ipeği ise çok kısa sürede eski şekline kavuşmuştur.

Yüksek bir yerden ip yardımıyla inmeye çalışan bir kişiyi düşünelim. İniş sırasında ip sürekli eğilip bükülecek, sağa sola dönecek ve kişiye pek çok zorluk yaşatacaktır. Fakat böyle bir durum, örümcekler için söz konusu değildir. Örümceğin ağını oluşturan iplikçikler, örümceğin ipin ucundan aşağıya doğru kayarken güçlük yaşamasını engeller. Böylelikle örümcek, sabit bir biçimde sessizce aşağıya iner. Örümceğe bu imkanı sağlayan ise, ipeğin “şekil hafızası”dır.

Yüce Rabbimiz, diğer tüm ipliklerden çok daha sağlam ve esnek olan örümcek ipeğini, ona “şekil hafızası” kazandıran eşsiz bir moleküler yapı ile birlikte yaratmıştır. Örümcek ipliğini oluşturan proteinlerin moleküler yapısı kompleks bir şekilde birbirinin içine geçer. İşte bu moleküler yapı, ipliği dönmeye karşı dirençli hale getirir. Burulma veya bükülme kuvvetini emer, bükülmenin ardından gevşeme kabiliyeti göstererek ilk şeklini geri kazanmasını sağlar. Böylece ipin ucunda bulunan ağırlık, burulma etkisine maruz kalarak hızlı bir şekilde sağa sola dönmez.

Sanayide Kullanılan Nitinol Alaşımındaki Şekil Hafızası

Doğada örümcek ipeğinin sahip olduğu şekil hafızasına benzerlik gösteren en yakın örnek, sanayide kullanılan nikel-titanyum alaşımı olan “Nitinol”dür.

Bu metal alaşım, örümcek ipliğine benzer özellikler gösterir. Fakat örümcek ipliğinin aksine nitinolün eski haline dönebilmesi için 90 derece ısıtılması gerekmektedir. Verilen ısının derecesine göre şekil değiştiren nitinol, iki farklı şekle veya kristal bir yapıya dönüşebilmektedir.

Buna göre nitinol, 90 dereceden düşük sıcaklıklarda deforme olur, fakat daha yüksek sıcaklıklarda deformasyondan önceki haline geri dönebilir. Bu dönüşüm kristal yapıdaki tanelerin arasında bulunan atomların doğrusal veya düzlemsel doğrultuda, birbirlerinin üzerinden kayarak yer değiştirmeleri sayesinde olur.

Nitinol, dönüşüm sıcaklığının üzerinde ısıtıldığında, -şekli değişmiş veya bozulmuş da olsa- daha önce yer değiştirmiş olan atom ya da atom grupları, yumuşamış olan yapı içerisinde kolayca eski yerlerine geri kayarlar. Bu da metalin ilk şekline geri dönmesini sağlar.

Şekil Hafızasına Sahip Metallerin Yaşamımızdaki Yeri

Yüce Allah, insanlara dünya üzerinde pek çok nimet sunmuştur. “Şekil hafıza”sına sahip metaller de bunlardan biridir. Metallerdeki bu özellik, günlük yaşamı kolaylaştıracak pek çok teknolojik ürünün geliştirilmesine olanak sağlamıştır. Bunlardan bazıları şunlardır;

Açık kalp ameliyatları ve sinir sistemi cerrahisinde kullanılan ekipmanlar.
Kan damarlarına yerleştirilerek pıhtıların yakalanması görevini gören malzemeler.

Çok büyük deformasyonlara bile karşı koyabilen ve eski haline dönerek zarar görmeyen süper elastik gözlük çerçeveleri.

Dişlerin estetik görünümündeki deformasyonları düzeltme görevi gören kavisli teller.

Yangın durumunda, yanıcı ve zehirli gazların çıkışını kapatacak şekilde üretilmiş olan güvenlik valfleri.

Yüce Allah Benzersiz Yaratandır

Örümcek ipliğinin sağlam, esnek ve bozulmayan şekli ve bir canlı olmadığı halde ilk şeklini adeta “anımsayabilen” metaller, yoktan var eden ve benzersiz yaratma gücüne sahip olan Rabbimiz’in yüceliğini ve kudretini gösteren örneklerden yalnızca birkaçıdır. Baktığımız her yerde, her detayda Yüce Allah’ın kusursuz yaratılış sanatının delillerine rastlarız. Canlı, cansız her madde, bize O’nun büyüklüğünü ve üzerimizdeki nimetini hatırlatır. O’nu tesbih etmemizi ve O’na şükretmemizi sağlar.

“Yaratan, hiç yaratmayan gibi midir? Artık öğüt alıp-düşünmez misiniz? Eğer Allah’ın nimetini saymaya kalkışacak olursanız, onu bir genelleme yaparak bile sayamazsınız. Gerçekten Allah, bağışlayandır, esirgeyendir.” (Nahl Suresi, 17-18)

Elinize bir kağıt alın ve bunu buruşturarak top haline getirin. Sonra da elinizden bırakın. Bıraktığınız kağıt zamanla hafifçe açılacak fakat eski haline dönmesi ve tamamen kırışıksız formunu yakalaması mümkün olmayacaktır. Ancak doğada büküldüğü, buruşturulduğu halde tekrar eski haline dönen bir madde vardır. Üstelik insanların yüksek ısı yardımı almadan üretemedikleri bu maddeyi, hiçbir dış müdahaleye gerek kalmadan üretenler, boyları birkaç santimetreyi geçmeyen örümceklerdir.

Elinize bir kağıt alın ve bunu buruşturarak top haline getirin. Sonra da elinizden bırakın. Bıraktığınız kağıt zamanla hafifçe açılacak fakat eski haline dönmesi ve tamamen kırışıksız formunu yakalaması mümkün olmayacaktır. Ancak doğada büküldüğü, buruşturulduğu halde tekrar eski haline dönen bir madde vardır. Üstelik insanların yüksek ısı yardımı almadan üretemedikleri bu maddeyi, hiçbir dış müdahaleye gerek kalmadan üretenler, boyları birkaç santimetreyi geçmeyen örümceklerdir.

Nitinol maddesi, şekil hafızasına sahip olan örümcek ipliğine en çok benzeyen maddedir. Ancak nitinolden üretilmiş bir maddenin ilk haline dönebilmesi için, yüksek ısıya maruz bırakılması gerekmektedir.

Metallerde Şekil Hafızasının Keşfi

Metallerdeki şekil hafızasının keşfi 1960’lı yılların başına dayanmaktadır. Nikel-titanyum alaşımları ilk olarak 1962-1963 yıllarında Naval Ordnance Laboratuvarı’nda geliştirilmiş ve NİTİNOL markasını almıştır. Bu alaşımların dikkat çekici özellikleri hiç beklenmedik bir biçimde keşfedilmiştir. Alaşım numuneleri, bunların deforme olması için ne kadar gücün gerektiğini ölçmek amacıyla çekiçlerle ezilerek dayanıklılık testlerine tabi tutuluyordu. Alaşımda birkaç darbe oluşturulduktan sonra araştırmacılar numuneleri pencere kenarına bırakıp öğle yemeğine çıktılar. Döndüklerinde zarar gören bölgelerin “kendi kendilerini” düzelttiklerini fark ettiler. İşte insanlık için pek çok yarar sağlayabilecek bu büyük keşif, Allah’ın yarattığı bu vesileyle gerçekleşmiştir.

Örümcek ipliğindeki şekil hafızası örümceğe çevre şartları ne olursa olsun ipin ucunda aşağı sallanmış haldeyken sabit şekilde durabilme imkanı verir. Örümcek bu sayede avını sessizce ve kımıldamadan bekleyebilir, aynı zamanda düşmanlarından korunabilir. Örümcek ipliğinin bu kusursuz özelliği, Rabbimiz’in sonsuz ilminin örneklerinden biridir. Kuran’da Yüce Allah’ın üstün gücü şöyle bildirilir:

“İşte böyle; şüphesiz Allah, hakkın Kendisidir ve şüphesiz ölüleri diriltir ve gerçekten herşeye güç yetirendir.” (Hac Suresi, 6)

Kan Damarlarına Yerleştirilen Filtreler Şekil Hafızasından Nasıl Faydalanır?

Şekil hafızasına sahip olan metallerin kullanım alanlarından biri de kan damarlarıdır. Kan damarlarına yerleştirilen filtreler, pıhtıların yakalanmasını sağlayarak kişiyi hayati tehlikelerden korur.

Bu işlem için nikel-titanyum alaşımlı telden imal edilmiş olan çapa biçimindeki filtre, damar içine sokulmadan evvel düz bir tel haline getirilir. Damar içine yerleştirildikten sonra tel, vücut ısısı ile harekete geçerek filtre fonksiyonu sağlayacak orijinal şekline döner ve toplardamarın içinden geçmekte olan pıhtıları tutar. Şüphesiz filtrenin hammaddesinin yüksek ısı yardımıyla şekil hafızasından faydalanabiliyor olması, Rabbimiz’in insanlara sunduğu nimetlerinden yalnızca biridir.