Hareketle kendini şarj eden kalp pili geliştirdi, yeni hedefi kanseri yenecek nanorobotlar

Olcay Kaan Çakır, Türk Silahlı Kuvvetleri (TSK) mensubu bir astsubay. Ancak yaptığı bilimsel çalışmalarla, dünyanın yakından izlediği bir isim haline geldi.

Özellikle hareket ederken kendi kendini şarj eden kalp pili geliştirmesi, objektiflerin ona yönelmesine neden oldu.

Hem asker hem bilim insanı

Henüz doktora süreci devam etmesine rağmen dünyanın çeşitli teknik üniversiteleri onunla çalışabilmek için yarışıyor. O ise TSK’dan ayrılmadan, çalışmalarını Türkiye ve Danimarka’da sürdürmeyi tercih ediyor. Çakır, ilk röportajını TRT Haber’e verdi ve çalışmalarını anlattı:

“Bilim, insanlığın yaşam kalitesini artırmanın en güçlü yollarından birisi. Milli Savunma Üniversitesi’nde Öğretim Görevlisi Astsubay olarak görev yapıyorum. Bilgisayar Mühendisliği alanında lisans eğitimi aldım. Yüksek lisansımı enerji üzerine tamamladım ve doktora çalışmalarımı biyomühendislik alanında, Doç. Dr. Aylin Şendemir hocamızın danışmanlığında, Ege Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü’nde sürdürüyorum.

Ege Üniversitesi Biyomühendislik Laboratuvarı’nda gerçekleştirdiğimiz bilimsel araştırma faaliyetlerimiz kapsamında, biyomedikal alanda kullanılma potansiyeli olan metalik, polimerik, nanomalzeme ve elektrik bazlı biyomalzemelerin hücre bazlı etkileşimini ve in vitro modellemesini gerçekleştiriyoruz.

Bu kapsamda hayvan ve insan kaynaklı tüm hücreler ile bilimsel modellemeler yapıyoruz. Farklı üretim teknikleri, elektroeğirme, 3 boyutlu yazıcı, dondurma, liyofilizasyon gibi üretim teknolojileri ile biyomalzemelerin üretimini sağlıyoruz. Ege Biyomalzemeler ve Üç Boyutlu Biyoarafazlar Laboratuvarı (EBIOPHASE) ekibinde yer almaktan dolayı gurur duyuyorum.”

[Çok küçük boyutlardaki piller.]

"2 onaylı patentim var"

“Araştırmalarım, biyomühendislik ve enerji teknolojileri kesişiminde yer alıyor. Bu kapsamda kalp pilleri, mikro ve nanorobotlar, mikro piller ve yüksek enerji yoğunluklu piller gibi konularda çalışıyorum.

Doktora sürecimde, TÜBİTAK 2211-C Yurt İçi Öncelikli Alanlar Doktora Burs Programı ve Ege Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü tarafından destekleniyorum. Yine TÜBİTAK desteği ile Danimarka Teknik Üniversitesi’nde doktora sırası araştırmalar yaptım ve bu süreçte disiplinlerarası çalışmalarda bulundum.

Şu anda devam ettiğim çeşitli bilimsel çalışmalarım bulunuyor. İki adet onaylı patentim var. Aynı zamanda, patentleme aşamasında olan üç patent başvurum daha bulunuyor.”

"Amacım insanlığa fayda sağlamak"

“Çalışmalarımın hedefi, topluma ve bilime katkıda bulunmak. Bilimsel bilgi üretme sürecine odaklanırken, aynı zamanda genç araştırmacılara ilham vermeyi amaçlıyorum.

Disiplinlerarası çalışmalara büyük önem veriyorum. Biyomühendislik, elektrik-elektronik ve malzeme mühendisliği gibi farklı alanları birleştirerek yenilikçi çözümler üretiyorum.

Bilim insanı olarak amacım, insanlığa fayda sağlayacak sürdürülebilir teknolojiler geliştirmektir. Aynı zamanda, teknoloji üretiminde Türkiye’nin uluslararası arenada daha fazla söz sahibi olmasını istiyorum. Bu amaçla, ileri mühendislik araştırmalarıma devam ediyorum.”

[Çakır, mikro düzeyde bataryalar üzerinde çalışmalar yapıyor.]

Çalışmalarını Danimarka’da sürdürüyor

“Bazı araştırmalarımı yurt dışı ile ortaklaşa gerçekleştirmeyi tercih etmemin temel nedenlerinden biri, uluslararası bilim camiasının sunduğu imkanlardan faydalanmak.

Danimarka Teknik Üniversitesi’nde edindiğim çok sayıda deneyim, bu tercihin ne kadar değerli olduğunu gösterdi. Orada, hem Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde hem de sağlık teknolojileri alanında çeşitli doktora sırası bilimsel araştırmalar gerçekleştirdim.

Danışmanımla birlikte, önümüzdeki dönemde Danimarka Teknik Üniversitesi ve Harvard Üniversitesi araştırmacılarıyla çeşitli araştırma ve projeler gerçekleştirmeyi planlıyorum.

Ayrıca, farklı ülkelerdeki akademik ve profesyonel ağlara dahil olmak, yeni fikirler geliştirmeme ve yenilikçi yaklaşımlar üretmeme katkıda bulunuyor. Yurt dışında disiplinlerarası projelere verilen önem, araştırmalarımı farklı perspektiflerden zenginleştiriyor.

Yaptığım yenilikçi çalışmalar uluslararası alanda dikkat çekmektedir ve bu birikimi Türkiye’de de bilimsel altyapının gelişimine katkı sağlamak için kullanmayı hedefliyorum. Bu deneyimlerimle, Türkiye’nin bilimsel kapasitesini artıracak projeler üretmeye ve uluslararası arenada daha güçlü bir konum elde etmesine destek olmaya odaklanıyorum.”

Biyoloji ile teknolojiyi buluşturuyor

“Çalışma yaptığım konular arasında kalp pilleri, mikro, nanorobot teknolojileri, piezoelektrik ve triboelektrik enerji hasatçıları, kanser tedavisine yönelik yenilikçi teknoloji araştırmaları, biyomedikal cihazlar, hücre rejenerasyon teknolojileri, mekanotransdüksiyon, elektroeğirme, optogenetik, 1 milimetre altı mikro piller, yüksek enerji yoğunluklu piller, gelişmiş sensör teknolojileri, protez teknolojileri, kopmuş omurilik rejenerasyonuna yönelik mikro teknolojiler ve kablosuz enerji teknolojileri bulunuyor.

10 yıllık araştırma ve çalışmalarımın sonuçları bunlar. Bilimsel çalışmalarım yenilikçi teknolojiler geliştirmeye odaklanmıştır. Özellikle biyomühendislik ve enerji üzerine yoğun şekilde çalışıyorum.”

[Çakır'ın üzerinde çalıştığı teknolojilerden ferromanyetik membran.]

Kendini şarj eden kalp pili geliştirdi

“Geliştirdiğim bu teknoloji, insan hareketlerinden enerji topluyor ve kalp pillerinin bu yöntemle şarj edilebilmesini hedefliyor. Bu yenilikçi yaklaşım, hastaların yaşam kalitesini artırmayı amaçlıyor. Vücudun doğal hareketlerini enerjiye dönüştürerek kalp pillerine enerji sağlama prensibine dayanan bu teknoloji, özellikle hastaların sık sık pil değiştirme operasyonlarına ihtiyaç duymasını önlemeye odaklanıyor.

Danışmanımla birlikte geliştirdiğimiz bu teknoloji, doğrulama aşamasında elde edilen sonuçlarla, cihazın etkili bir şekilde enerji üretebileceğini gösterdi. Bu teknoloji, yalnızca kalp pilleri için değil, diğer implant cihazlar için de kullanılabilir.”

Yeni bir buluş daha  

“Zamanla, danışmanımla birlikte bu teknolojiyi daha da geliştirdik ve kalp pillerini şarj etme üzerine yeni bir buluş daha gerçekleştirdik. Bu ikinci teknoloji, ilkine kıyasla çok daha gelişmiş bir yapıya ve daha yüksek bir enerji hasat kapasitesine sahip.

Yapılan araştırmalar, bu teknolojinin dünya çapında benzeri bulunmadığını ve sanayiye uygulanabilir olduğunu ortaya koydu. Ege Üniversitesi EBİLTEM ve rektörlüğümüzün bu teknolojiye danışmanımla birlikte patent desteği vermeye karar vermesi, benim için ayrıca büyük bir mutluluk kaynağı oldu.”

[Araştırmalar sonucu elde edilen teknoloji, elektrikli araçlarda kullanılacak.]

Alüminyum hava bataryalar

Batarya teknolojileri üzerine yaptığım çalışmalar, enerji depolama kapasitelerini artırmaya ve sürdürülebilir enerji çözümleri geliştirmeye odaklanıyor.

Özellikle alüminyum hava pilleri üzerinde önemli araştırmalar yürüttüm. Alüminyum hava pilleri, lityum iyon pillere kıyasla daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip ve çevre dostu bir alternatif. Bu piller, alüminyumun oksijenle reaksiyonu sonucu enerji üreterek çalışır ve enerji yoğunluğu açısından oldukça etkileyicidir. Ayrıca, alüminyumun geri dönüştürülebilir olması, bu pilleri ekonomik ve sürdürülebilir hale getiriyor.

Alüminyum hava pilleri yeni enerji kaynağı olabilir mi?

Alüminyum hava piliyle alüminyum iyon pili bazen karıştırılabiliyor. Bunlar farklı teknolojiler. Benim geliştirdiğim hibrit batarya teknolojileri, hem alüminyum hava pillerini hem de hidrojen yakıt pillerini birleştirerek yüksek güç yoğunluğu potansiyeli sağlıyor. Bu hibrit sistemler, elektrikli araçlar ve uzun süreli enerji depolama ihtiyaçları olan yerler için önemli bir çözüm sunabilir. Ayrıca, batarya teknolojisinde kullanılan malzemelerin çevresel etkilerini azaltmak için alternatif bileşenler üzerine çalışıyorum.”

Şarj kısa, menzil uzun

“Şarj edilebilir lityum iyon pillerin çeşitli problemleri var. Örneğin şarj alt yapısı ve şarj etmek için her defasında zaman harcamak zorunda kalınması…

Önünüzde 5 kişi olduğunu ve şarj etmek zorunda olduğunuzu düşündüğümüzde bu problem gerçekten insanları zorlayabilir. Ya acil bir durum olursa ne olacak? Şehirlerde bildiğiniz gibi çok katlı apartmanlar var. Eğer üst katta oturuyorsanız şarj etmek çok zor.

Aynı zamanda lityum çok aktif bir metal olduğundan yangın durumunda söndürülmesi gerçekten problem oluyor. Tüm bu nedenlerle alüminyum hava pilleri üzerinde araştırılmaya değer olduğunu düşünüyorum. Alüminyum hava pilinin kilogram başına teorik maksimum enerji yoğunluğu 8.1 kWh kadar olup bu lityum iyon pillerin yaklaşık 40 katı.

Pratikte bir makalede 4.30 kWh/kg değerine ulaşıldığı bilgisi yer almaktadır. Literatürde genellikle 1 kWh/kg üzerine pratikte ulaşılabiliyor. Alüminyum kimyasal reaksiyonu sırasında hidrojen de üretilir. Benim teknolojimde sadece alüminyum hava pili için değil, aynı zamanda reaksiyon sırasında oluşan hidrojen gazını da hidrojen yakıt pilinde değerlendirerek hibrit bir sistem oluşturmayı amaçladım çünkü hidrojen, benzinden daha çok enerjiye sahiptir.”

Hibrit bataryalar gelebilir

“Günümüzde hidrojen teknolojilerinin geliştirilmeyi bekleyen problemleri var. Yüksek basınçlı hidrojen tankları kaza anında ve uygulamada gerçekten problem oluşturuyor.

Örneğin Japonların hidrojen yakıt pilli araçlarında hidrojen gazının depolanması problem oluşturmaktadır. Alüminyum hava pilinde kimyasal reaksiyon sırasında anlık hidrojen üretimi, hidrojenin depolanma problemini çözme potansiyeli taşıyor ve anlık olarak sadece ihtiyaç anında hidrojen üretimini ve kullanımını mümkün kılıyor.

Hidrojen yakıt pilinin enerji yoğunluğu kilogram başına yaklaşık 23 kWh kadardır. Şimdi hem alüminyum hava pilinin kendi enerjisini hem de hidrojen yakıt pilinin enerjisini birlikte düşünün ve bunları birleştirin. Ortaya büyük bir enerji potansiyeli çıkacaktır. Örnek olarak, yaklaşık 600 kilogramlık alüminyum hava pili ve hidrojen yakıt pilinin toplam enerjisiyle birlikte elektrikli araçlarda 10 bin kilometre menzile ulaşmak teorik olarak mümkün görünüyor.”

Şarj etmek yerine pil değiştirilecek

“Bu pil teknolojisinde stratejim ‘kullan ve değiştir’ üzerine. Arabanın yağ değişimi gibi her 10 bin kilometrede bir kez pil değiştirilebilir. Çıkartılan pil geri dönüşüme gönderilip tekrar tekrar kullanılabilir.   

Böylece rezerv arayışı problemleri ve maliyetler azalır. Pratikte enerji yoğunluğu kayıplardan dolayı bir miktar düşebilir. Bunu projelendirilip deneysel olarak uygulanmasından sonra kesin mesafeler belirlenebilir. Günümüzde Almanya, ABD, İsrail ve Hindistan'da alüminyum hava pili ile elektrikli araç araştırmaları yapılıyor.”

[Çakır'ın geliştirdiği cihazlardan biri.]

Patent aldı

“Alüminyumun sadece belirli bölgelerinin reaksiyona girmesini sağlayarak ömürlerinin artmasını sağlayacağım. Yaptığım deney sonuçlarına göre kimyasal reaksiyonu hızlandıracak yeni özellikler keşfettim. Bunlar güç çıkışının artmasını sağlayacak iyileştirmeler.

Aynı zamanda reaksiyon sonucunda alüminyum üzerinde oluşan katmanın temizlenmesini sağlayarak kimyasal reaksiyonun kontrolünü sağladım. Bu, reaksiyon veriminin günümüzdeki değerlerin üzerine çıkartılmasını sağlayacak bir yenilik çünkü bu katman nedeniyle alüminyum yüzey üzerinde direnç artıp kimyasal reaksiyon günümüz teknolojisinde yavaşlıyor.

Aynı zamanda elektrolitin sürekli tazelenmesiyle reaksiyon verimliliğini artırmayı hedefliyorum. Tüm bunlar aldığım patentimde yer alan iyileştirmeler. Şu anda belirli bir seviyeye kadar ön deneyleri ve doğrulamaları gerçekleştirdim. 

Bu teknolojinin elektrikli arabalar, savunma sanayii, elektrikli tren, gemi gibi yerlerde kullanım potansiyeli var. Ayrıca maliyetlerin düşürülmesi açısından alüminyum hava pilinin kullanıldıktan sonra geri dönüştürülüp tekrar tekrar kullanılabilme imkanı var. Önümüzdeki süreçte ilk başvurumun devamı niteliğinde yeni bir pil patenti başvurusu daha yapacağım. Dünyada bulunmayan teknolojiler geliştirmeye devam etmek gerek.”

Mikrorobotlar kanseri yenecek

Deprem sonrası enkaz altındakileri bulacak

“Sıvı hareketlerini algılayan lazer tabanlı sensörler geliştirdim. Bu sensörler, yüksek hassasiyetleri sayesinde yalnızca biyomedikal alanlarda değil, deprem sonrası yapısal algılamalar gibi pek çok alanda kullanım potansiyeline sahiptir. Bunun yanı sıra, elektrokimyasal sensörler ve glikoz algılama teknolojileri gibi yenilikçi cihazlar tasarlayarak biyomedikal mühendislikte önemli katkılarda bulunacağım.

Gerçekleştirdiğim bazı çalışmaların dünyada ilk kez yapılmış olması, bilim insanı olarak bana eşsiz bir mutluluk ve motivasyon sağlıyor. Bu tür yenilikler, bilim dünyasına katkıda bulunmanın ne kadar değerli olduğunu bir kez daha gösteriyor.

[Elektroeğrilmiş nano fiberler.]

“Şu ana kadar iki patentim onaylandı, ancak patent süreci genellikle yavaş ilerliyor. İlk patentim, yenilenebilir enerji alanında gerçekleştirdiğim bir çalışmaya dayanıyordu. İkinci patentim ise yüksek enerji yoğunluklu alüminyum hava pili üzerineydi.

Üçüncü patent başvurum, enerjiye ihtiyaç duymayan yenilikçi bir elektrokimyasal sensör üzerine. Araştırmalarım, bu teknolojinin patentlenebilir niteliklere sahip olduğunu gösteriyor. Bir diğer patent başvurum ise, lazer tabanlı bir sensör üzerine. Bu sensör, mikrometre hassasiyetinde hareket algılayabilme potansiyeline sahip olup, yüksek hassasiyeti ile dikkat çekiyor.

Diğer bir patent başvurum da danışmanımla birlikte çalışarak Ege Üniversitesi desteğiyle ilerliyoruz. Bu patent, kalp pilleri üzerine geliştirdiğimiz yenilikçi bir teknolojiyi kapsıyor. Ayrıca, yurt dışındaki üniversitelerle ortaklaşa bir patent başvurusu yapmayı da değerlendiriyoruz. Gelecekte çok sayıda patent belgesinin yazımı devam edecek. Bu patentler, disiplinlerarası araştırmalarımın bir sonucu olup, yenilikçi teknolojiler geliştirmek ve gelecekteki bilimsel ve teknolojik ilerlemelere katkıda bulunmak amacıyla hayata geçirilmektedir.”

Şeker hastaları için sensör, kanserli hücreler için robot

“Gelecekte biyomühendislik ve enerji depolama alanlarında daha fazla yenilik yapmayı planlıyorum. Örneğin, diyabet hastalarında kullanılabilecek sensör teknolojisi ve kanser dokusunun hızlı tespitini sağlayabilecek bir sensör geliştirme çalışmalarım devam ediyor.

Danışmanımla birlikte, yurt dışındaki araştırmacılarla ileri mühendislik projeleri üzerine iş birliği yapmayı planlıyoruz. Ayrıca, kanser hücrelerini hedefleyen ve moleküler çekiç yöntemine benzer bir yaklaşımla kanser hücrelerini öldürmeyi amaçlayan yenilikçi bir teknoloji üzerinde çalışmayı hedefliyorum. Kanser tedavisine yönelik mikro ve nanorobot teknolojilerini daha da geliştirmek önceliklerimden biri.

Bu kapsamda, mikro robotlara özel, esnek enerji aktarımı sağlayan bir cihaz geliştirdim ve başarılı bir şekilde çalışıyor. Enerji hasadı alanında ise, daha verimli ve sürdürülebilir sistemler geliştirmeye devam edeceğim. Ege Üniversitesi’nde gelecekte araştırmalarıma devam etmek istiyorum. Geliştirdiğim teknolojilerin gelecekte ticarileştirilmesi ve topluma kazandırılması, öncelikli hedeflerimden biri. Amacım, uluslararası alanda tanınan bir bilim insanı olarak, yenilikçi projeler üretmeye ve bilimsel bilgiyle ülkemize katkı sağlamaya devam etmek.”

[Bir hap ve yanında çalışılan teknolojiye ilişkin bir ürün.]

“Bilim bir tutku”

“Bilim insanı olmak, benim için bir yaşam biçimi. On yıldır, araştırma yapmadığım tek bir gün bile olmadı. Bilim dünyasında keşfedilecek sayısız alan var ve ben bu alanlarda mümkün olduğunca yeni araştırmalar yapmaya odaklanıyorum.

Araştırmalarımı genellikle önce patentleştirmeye, ardından makale haline getirmeye çalışıyorum. Bugüne kadar tüm çalışmalarımı yeni şeyler bulmaya adadım. Patentlenmeyi bekleyen çok sayıda projem daha var ve bu projeler, araştırmalarıma göre dünyada ilk kez yapılacak nitelikte.

Nikola Tesla ve Michael Faraday, bilimsel yaklaşımım ve ilham kaynağım olarak her zaman bana yol gösterici oldular. Gecenin ilerleyen saatlerinde bile uyanıp üzerinde çalışabileceğim araştırma konularına odaklanmak, benim için bir rutin haline geldi. Bilim, benim için sonu gelmeyen bir tutku ve hayatım boyunca bu tutkuyu sürdürebilmek için çabalayacağım.”