Batan uçak enkazının yeri moleküler sinyallerle tespit edilebilecek

Boğaziçi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Dr. Öğretim Üyesi H. Birkan Yılmaz ‘’Su Altı ve Tıbbi Uygulamalar İçin Moleküler Sinyal Kaynağı Belirleme’’ (Molecular Signal Source Localization for Underwater and Medical Applications) başlıklı bir proje yürütüyor. Çalışmalarını moleküler iletişim alanında yoğunlaştıran bilim insanı TÜBİTAK 2232 programı ile İspanya’dan Türkiye’ye dönerek Boğaziçi Üniversitesi’ne katıldı.Yılmaz, Boğaziçi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği’nin dünyadaki en iyi Nano Networking araştırma gruplarından birini bünyesinde barındırdığını vurguluyor.

Yapay Dolaşım Sistemi Test Düzeneği. (a) Vücut içi algılama cihazları ile Dolaşım Sisteminin şematik gösterimi (b) Yapay Dolaşım Sistemi için 3D baskı ile üretilecek olan pulmoner arter bileşeni (c) Yapay Dolaşım Sistemi test ortamının şematik gösterimi
Su Kanalı test ortamının şematik gösterimi

2020’de başlayan ve üç yıl sürmesi planlanan projede moleküler iletişim teknolojisi kapsamında iletişim teorisi, akışkanlar dinamiği ve tıp biliminden yararlanarak yenilikçi uygulamaların hayata geçirilmesi hedefleniyor. Batan uçak enkazının konumunun tespitinden deniz tabanından geçen boru hatlarında kimyasal sızıntı olup olmadığının belirlenmesine veya kanser hücrelerinin lokalize edilmesine pek çok farklı uygulamanın, disiplinlerarası bir yaklaşım çerçevesinde, moleküler iletişim teknolojileri ile hayat bulması bekleniyor. Yılmaz, projeyle ilgili test süreçlerini Kandilli Kampüsü’nde yer alan Teleiletişim ve Enformatik Teknolojileri Uygulama ve Araştırma Merkezi’nde sürdürüyor.

TÜBİTAK 2232 programı ile yurtdışından Türkiye’ye dönerek 2019 yılında Boğaziçi Üniversitesi’ne katılan H.Birkan Yılmaz’ın başlıca ilgi alanları arasında Moleküler İletişim ve Kablosuz İletişim teknolojileri geliyor. 2002 yılında Boğaziçi Üniversitesi Matematik Bölümü’nden mezun olan, yüksek lisans ve doktorasını ise Boğaziçi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği’nde tamamlayan Birkan, İspanya’da Polytechnic University of Catalonia’da ve Kore’de Yonsei Institute of Convergence Technology’de kıdemli araştırmacı olarak çalıştı. Yılmaz’dan ‘’Molecular Signal Source Localization for Underwater and Medical Applications’’ başlıklı araştırması hakkında bilgi aldık.

Öncelikle Moleküler İletişim deyince ne anlaşılmalıdır, kısaca bilgi alabilir miyiz?

Moleküler iletişim (Mİ), doğadaki çok hücreli organizmalarda, moleküller aracılığıyla, organize davranış kurma amaçlı kullanılmaktadır. Son yıllarda, bilginin moleküller aracılığıyla taşındığı farklı ölçeklerde Mİ sistemleri tasarlamak için eş zamanlı çalışmalar yapılmıştır. Mİ ile ilgili mevcut araştırmalarda sonuçlar teorik araçlarla ve simülasyonlar yoluyla doğrulanmıştır. Teorik çalışma bariyerini aşıp pratik uygulamaların kapsayıcı bir şekilde metodolojik olarak geliştirilebilmesi için IEEE bir standardizasyon grubu (IEEE 1906.1) kurmuş bulunmaktadır. Buna ek olarak, Mİ araştırmalarının gelecekteki yönü, yaşamın içinden gerçek problemler için çözümlerin üretilebileceği deneysel test ortamlarının tasarlanmasını ve geliştirilmesini içermektedir.

Moleküler iletişim ile konum belirleme örnekleri günlük yaşamımızın içerisinde birçok noktada karşımıza çıkmaktadır: bir sokaktan geçerken burnumuza gelen koku molekülleri ile yakınlarda bir pastanenin olduğunu ve hatta yönünü tahmin etmemiz en klasik örnektir.

‘’Su Altı ve Tıbbi Uygulamalar İçin Moleküler Sinyal Kaynağı Belirleme’’ başlıklı projeniz hakkında bilgi alabilir miyiz?

Bu projedeki amacımız, su altı ve vücut içi uygulamalar için konum belirleme problemlerini Mİ'den esinlenen bir perspektif ile çözmek için makro ve mezo ölçekli test ortamları geliştirmek. Makro ölçekli konum belirleme test ortamı kamera ve lazer ile donatılmış bir su kanalı ve su altı arama kurtarma veya su kaynaklarındaki çevresel etkileri izleme deneyleri için kullanılabilecek. Mezo ölçekli konum belirleme test ortamı insan dolaşım sistemine benzer yapay bir dolaşım ağı ve kanser hücresi konum belirleme, akıllı ilaç teknolojileri veya vücut içi NEMS / MEMS koordinasyonu gibi tıbbi uygulamalar için kullanılabilecek. Her iki test ortamında da zorlu ortamlarda moleküler sinyallere dayanan Mİ'den ilham alan konum belirleme tekniklerini kullanacağız. Zorlu ortamlarda Mİ'den esinlenen konum belirleme tekniklerinin tasarlanması ve uygulanması, karmaşık ve öncü Mİ uygulamalarının önünü açma potansiyeline sahip. Önerilen projemiz, iletişim teorisi, akışkanlar dinamiği ve tıp bilimi ile ilgili ve disiplinler arası bir yapıya sahip.

Projenin uygulama alanlarını biraz daha açabilir miyiz?

Projemiz, kimi yenilikçi uygulamaların yolunu açma potansiyeline sahip; bunlardan bazılarını şöyle örneklendirebiliriz;

Uçak Enkazı Lokalizasyonu: Önerilen sistem, okyanusta batmış bir uçaktan moleküler sinyal için kullanılan kimyasalların yayılımının takibi ile uçak enkazının konumunun tespiti için kullanılabilir. Günümüzde kullanılan arama robotları yalnızca optik sensörler ile donatılmıştır ve bazı durumlarda enkaz halindeki uçaklar, büyük bütçelerle bile yıllarca bulunamıyor. Bu nedenle, Mİ'den ilham alan algoritmaları su altı arama robotlarına entegre etmek, yeni bakış açıları getirecek ve daha etkili arama stratejileri ile sonuçlanacaktır. Bu projenin çıktısı, uçakların üretimine ve uçaklarla ilgili standartlara yön verebilir. Bir başka ifadeyle, uçaklar bir kaza durumunda uçağın konumunu bildirmek için iç kaplamalara gömülü uygun kimyasallar içerebilir.

Sızıntı Lokalizasyonu: Önerilen sistem, deniz tabanından geçen boru hatlarından (örneğin Akdeniz, Ege ve Karadeniz) belirli kimyasalların sızıntısını veya nehirlere yasadışı atık boşaltımını belirlemek için kullanılabilir. Sualtı veya nehirler için çevresel izleme sistemleri, haberleşme teorisindeki teknikleri entegre ederek geliştirilebilir.

Kanser Hücresi Lokalizasyonu: Mezo ölçekli ortamlar için önerilen deneysel sistem, kanser hücrelerini lokalize etmek için kullanılabilir. Projede önerilen -yapay dolaşım sistemi- test ortamı, belirli kimyasal kaynakların belirlenmesini sağlayacak ve etkili lokalizasyon algoritmaları için gereksinimlerin belirlenmesini sağlayacaktır. Vücut içi sensörlerin sayısı ve kalibrasyon algoritmaları, önerilen test ortamı yardımıyla tasarlanacak, test edilecek ve değerlendirilecektir. Bu projenin çıktıları tıp bilimi ve sağlık hizmeti uygulamalarına ilham verebilme potansiyelini barındırıyor.

Moleküler İletişim alanı nispeten yeni ve çok adı duyulmamış bir  alan. Bilimsel araştırmalar için bu alan ne gibi potansiyeller içeriyor;  dünyada bu alanda  ne gibi ilerlemeler var?

Evet, moleküler haberleşme henüz emekleme safhalarında olan bir alan ancak potansiyeli nanoteknolojinin birçok dalda uygulama alanı bulmasıyla daha da belirginleşmiş durumda. Misal vücut içi hücresel manipülasyon uygulamalarını düşünürsek, kullanılacak cihazlar genellikle çok küçük ölçekli olacaktır. Ancak, küçük ölçekli olmanın getirdiği avantajların yanı sıra dezavantajlar da mevcut, bu dezavantajların başında cihaz boyutunun küçük olması sebebiyle yeteneklerinin/becerilerinin oldukça kısıtlı olması gelmektedir.

Doğadan da öğrendiğimiz üzere, bu zorlukla baş edebilmek için küçük ölçekli cihazlarımızdan çok fazla miktarda kullanmamız gerekmekte ve kullandığımız mikro/nano makinelerin kendi aralarında koordine hareket etmelerini sağlayabilirsek kompleks ve kritik uygulamalar çok daha etkin bir biçimde gerçekleştirilebilecektir. Dolayısıyla, mikro/nano makineler arasında kurulabilecek bir haberleşme linki kompleks nanoteknoloji uygulamalarının en kritik parçası olacaktır.

Dünyada, bu haberleşme linkini gerçekleştirmeye en yakın üç gruptan biri üniversitemiz bünyesindeki, çoklu disiplinli yapısıyla, Nano Networking araştırma grubudur.  Ekibimizde Bilgisayar, Elektrik-Elektronik, Kimya mühendisliği ve Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümlerinden hocalar ve araştırmacılar bulunmakta. 

TÜBİTAK 2232 ile Türkiye'ye döndünüz ve Boğaziçi'ne katıldınız. Bu  kararı almanızda ne gibi faktörler etkili oldu ve bundan sonraki hedeflerinizden bahseder misiniz?  

Boğaziçi Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği dünyadaki en iyi Nano Networking araştırma gruplarından birini bünyesinde barındırıyor. Yurtdışındaki çalışmalarımın dört yılını, bu alanda öncü araştırma gruplarından bir diğerini barındıran Güney Kore’deki Yonsei Üniversitesinde yürüttüm. Ardından aynı alandaki çalışmalarıma İspanya’da prestijli bir proje desteği alarak devam ettim. Tüm bu yurt dışı deneyimlerinin ardından tekrar Boğaziçi Üniversitesi’ne dönmek ve TÜBİTAK 2232 projesini Boğaziçi Üniversitesi ev sahipliğinde yürütmek benim için gurur verici.

Öncelikle devam etmekte olan projemiz dahilinde deneysel alt yapının kurulmasını önemsiyorum. Bu sayede gelecek çalışmalarımız için deneysel çalışma ortamı kurulmuş olacak ki yeni araştırmacıların yetişmesi ve yeni projelerin gerçekleştirilebilmesi için değerli bir alt yapı oluşturacağına inanıyorum.  Bunlara ek olarak Boğaziçi Üniversitesi Nano Networking araştırma grubuyla ve yurtdışında beraber çalıştığım araştırma ekipleriyle çalışmalarımız yoğun olarak devam ediyor. Bundan sonraki hedefim Avrupa Birliği projeleri alarak, çalışmalarımızı bir adım ileriye taşımak.

 

 

  • Yapay Dolaşım Sistemi Test Düzeneği. (a) Vücut içi algılama cihazları ile Dolaşım Sisteminin şematik gösterimi (b) Yapay Dolaşım Sistemi için 3D baskı ile üretilecek olan pulmoner arter bileşeni (c) Yapay Dolaşım Sistemi test ortamının şematik gösterimi
  • Su Kanalı test ortamının şematik gösterimi