Nobel ödüllü fizikçi Richard Feynman'ın 1959'da sarf ettiği "En aşağıda bolca yer var!" (There is plenty of room at the bottom!) sözü, gelecekte çok daha küçük ancak daha işlevsel insan yapımı aletlerin, maddenin moleküler düzeyde manipüle edilmesiyle elde edilebileceği üzerine kendi vizyonunu özetlemekteydi.
Bilim dünyasınca kabul gören bu vizyon 90'lı yılların sonunda nanoteknoloji diye tabir ettiğimiz biyolojiden fiziğe, mühendislikten tıbba pek çok disiplini bir araya getiren yeni bir alana ön ayak oldu. Hastalıkların henüz ortaya çıkmadan tedavisi, yüksek işlemci gücünde gözle görülemeyecek kadar küçük bilgisayarlar, atomik çözünürlükte su, gıda ve havanın kalite kontrolünü yapan moleküler sensörler gibi pek çok mucizeyi müjdeleyen nanoteknoloji son yıllarda oldukça ilerleme kaydetti. Karbon nanotüp, grafen gibi aykırı elektriksel ve mekanik özelliklere sahip sentetik moleküllerin keşfi ile nano boyutlarda biyosensörlerden nanotransistörlere pek çok nanomakine üretildi.
Ancak bu nanomakineler sınırlı yetenekleriyle henüz bireysel görevler üstlenebilmekte ve nanoteknoloji mucizelerini gerçekleştirmekten çok uzaktalar. Bu aletlerin daha karmaşık görevlerde kullanılması ise ancak farklı nanomakinelerin birbirleriyle haberleşerek işbirliği yapmasıyla mümkün olabilir. Bu noktada, nanoteknolojinin ve haberleşme mühendisliğinin buluşmasıyla nanohaberleşme alt disiplini ortaya çıkmıştır. Nanohaberleşme,
Richard Feynman'in vizyonunu bir adım ileri taşıyarak "En aşağıda bir haberleşme ağana yetecek kadar yer var mı?" sorusunu önümüze koymaktadır. Biz bu zor sorunun cevabının doğanın bize sunduğu gerçeklerde olduğuna inanmaktayız ve yeni bir projenin arifesinde kapsamlı bir soruşturmanın içerisindeyiz.
Nanomakinelerin boyutu ve kısıdı işlem yetenekleri, bununla birlikte nano dünyanın klasik haberleşme paradigmalarına izin vermemesi nanohaberleşmenin önündeki temel sorunlardır. Bu problemler, klasik haberleşme yaklaşımlarından vazgeçerek daha basit ve temel çözümler üretilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu anlayışla pek çok nanohaberleşme yöntemi bizim de önemli katkılarımızla geliştirildi. Bunlardan ilki, bilgiyi moleküllerin konsantrasyonuna ve çeşitliliğine kodlayarak difüzyon veya kargolama yöntemleri ile iletilmesini öneren moleküler haberleşmedir [1]. Förster Rezonans Enerji Transferi (FRET) tabanlı bir başka teknik [2] bizim tarafımızdan literatüre kazandırıldı. Bilgiyi floresanların uyanm enerjisine kodlayan ve yayımsız transfer eden bu tekniğin, difüzyon-tabanlı moleküler haberleşmenin çok ötesinde saniyede megabitlerle ölçülecek miktarlarda bilgi transferine olanak tanıdığını kuramsal olarak kanıtladık. Kanserin fotodinamik tedavisi, moleküler işlemciler gibi uygulamalarda kullanılacak bu yaklaşımın geçerliliğini nanohaberleşmenin ilk gösterimlerinden biri olan deneyimizle doğruladık.
Moleküler haberleşmenin insan ve bakteri gibi organizmalarda yaygın olarak karşımıza çıkması, bu yöntemi sentetik uygulamaları için hazır bir tasarım atölyesi olarak sunmaktadır ve bu atölyedeki mühendislik çözümlerinin birçoğu milyonlarca yıl boyunca evrim ile bizler için hazır hale gelmiştir. Bu nedenle, aradığımız yanıtların halihazırda insan vücudunda, yani, içimizde örülü yeryüzünün en gelişmiş İnternetinde olduğuna inanıyoruz.
Gerçekten de, insan vücudu milyarlarca hücrenin oluşturduğu yeryüzündeki en kapsamlı, karmaşık ve gelişmiş özelliklere sahip heterojen bir haberleşme ağıdır. Sinir sistemi, kardiyovasküler sistem, endokrin sistemi ve duyu organları birbirlerine moleküler haberleşme kanallarıyla bağlıdır. Kardiyovasküler sistemin merkezindeki kalp, kardiyak uyartılarının hücrelerarası porlarda iletimi sayesinde haberleşen ve koordineli hareket eden kas hücrelerinden oluşur. Kalp kası hücreleri arasında elektrokimyasal Ca+2 uyanlarının iletimine dayalı haberleşme kanalları da pek çok vücut içi kanalı ile beraber tarafımızca modellenmiş ve haberleşme performansının kalp rahatsızlıkları ile ilişkisi ortaya çıkarılmıştır [3]. Bu modeller, vücudun yaşamsal önemdeki faaliyetlerini sürdürebilmesinin vücut içi moleküler ağların başarımına doğrudan bağlı olduğunu göstermektedir.
En gelişmiş ve kompleks vücut sistemi nöron denilen sinir hücrelerinin oluşturduğu ultra-geniş bir nano haberleşme ağı olan sinir sistemidir. Sinir nano ağı vücudun farklı sistemleri arasında koordinasyonu, spayk adı verilen elektro-moleküler mesajlar aracılığıyla sağlar ve insan vücudunun en hayati haberleşme sistemini oluşturur [4]. Sinir nanoağında gerçekleşen bir haberleşme bozukluğu multiple sclerosis (MS), alzheimer, ve felç gibi çok ciddi sinir hastalıklarına neden olabilmektedir. Haberleşme kaynaklı meydana gelen bu has taliki an anlayabilmek, bilişim teknolojilerinden esinlenen yenilikçi tedavi yöntemlerinin geliştirilebilmesi adına çok önemlidir. Ayrıca, sinir nano ağının haberleşme kuramsal ele alınarak elektromoleküler dizayn prensiplerinin ortaya çıkarılması biyolojik esinli nano haberleşme yöntemlerinin geliştirilmesine ön ayak olacak, bu sayede vücut içi akıllı ilaç dağıtımı, yan etkisiz kanser tedavisi, hücresel doğrulukta sürekli sağlık izleme, halen tedavi edilemeyen sinir sistemi hastalıktan için haberleşme yetenekli nano-implant geliştirme gibi pek çok gelecek nesil medikal uygulamalar, gıda ve su kalitesi kontrolü gibi çok sayıda ileri çevresel ve endüstriyel nano-sensör ağı uygulamalarının geliştirilmesi mümkün olacaktır. Bu vizyon ışığında geliştirdiğimiz "Biyolopk-Esinli Nanoo-ağlar ve Bilişim-Esinli Tedavi Yöntemleri için Sinir Sisteminin Haberleşme Kuramsal İncelemesi - MINERVA' başlıklı projemiz Avrupa Araştırma Konseyi (European Research Council — ERG) tarafından 1.8 milyon Avro ile 5 yıl süreyle desteklenmeye hak kazandı. Avrupa'nın en prestijli araştırma fonu olan ve daha önce Nobel ödülü sahibi pek çok bilim insanına verilen bu destek ile MINERVA projesinin, haberleşme mühendisliği, sağlık bilimleri ve nanoteknoloji arasındaki boşluğu doldurarak, araştırma konularında önemli iş birliklerini de beraberinde getirmesini beklemekteyiz.
Koç Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Prof. Dr. Özgür Barış Akan'ın haberleşme kuramı ve haberleşme alanında gelecek-nesil haberleşme ağları, kablosuz haberleşme ve sensör ağları, nano haberleşme ve nano-ağlar konularında evrensel düzeydeki çalışmaları bulunuyor. Genç sayılacak bir dönemde akademik kariyerinin en üst düzeyine çıkmasını, sürekli olarak yükselen bilimsel grafiğini göz önünde bulunduran Değerlendirme Kurulu, Prof. Akın'ı "10. Kadir Has üstün Başarı Ödülleri Gelecek Vadeden Bilim İnsanı Ödülü"ne oybirliği ile layık görmüştü.