Disiplinlerarası bir meslek: Malzeme mühendisliği

Kimya, kimya mühendisliği ve malzeme mühendisliği nedir, aralarındaki fark nedir?

Bu soru karşımıza çok çıkıyor; ancak isim benzerliklerine ve örtüşmelere karşın, bu alanların birbirinden çok net ayrıştığını hemen söyleyelim. 

Önce şunu ayıralım: Bunların biri temel bilim diğer ikisi mühendislik dalı. Temel bilimler doğayı anlamak için bilgi üretirken, mühendislik bu bilgiyi kullanarak pratik ve yenilikçi çözümler üretmeye odaklanır. Temel bilimler mühendisliğin temelini oluştururken, mühendislik de temel bilimlerin uygulama alanını genişletir.

Kimya özelinde, kimyacılar moleküllerin nasıl sentezleneceğini bilir. İstediğimiz bir maddeyi bir kimyacı laboratuvar ortamında yüksek saflıkla üretebilir. Kimya, gerekirse yeni bilim üreterek, molekülün fizikokimyasal özelliklerini inceleyip kuantumdan, organiğe farklı bilgi birikimlerini değerlendirir, o kimyasalı elde edebileceğimiz yöntemi belirler. 

Mühendis insan yaşamını kolaylaştıracak ürünler ve sistemler tasarlamayı amaçladığından, ürünün ihtiyaç duyanların çoğunluğuna erişmesi için maliyetlerin makul düzeylerde olacağı tasarımı arar. Mesela aynı kimyasalı %95 saflıkla fabrikada üretmek kârlı değilse, bu ürün insanlığın genel kullanımına sunulamaz. Kimya mühendisi kimyacının belirlediği sentez yöntemini anlayıp gerekirse tekrar kurgulayarak, belki aynı saflıkta olmayacak bu maddeyi büyük ölçekte üretime geçirecek süreçleri tasarlar.

Malzeme mühendisliğinde ise önceden belirlediğimiz herhangi bir işlev için gerekli malzemenin kendisi tasarlanır; bunlar katmanlar halinde yerleştirilecek farklı özelliklere sahip moleküller de olabilir. Örneğin, modern bir araba cam tasarımının aynı anda hem saydam, hem elektronik bilgileri sürücüye yansıtan, hem güneş ışınlarını süzen, hem iç ısıyı makul düzeyde tutan dayanıklı bir malzemeden yapılması gerektiği belirtildiyse, malzeme mühendisinin yaptığı, buna uygun bir tasarım kurgulama işidir.^[1]Sarkaç’ta, bir başka malzeme mühendisliği yazısı için bakınız. Bu anlamda baktığımızda bu iki alanın çok farklı olduğunu görürüz. Biri fabrika boyutunda bir iş yapıyor diğeri çok daha küçük boyutta ancak kullanımda gerekli fiziksel özellikleri hedefleyerek tasarım yapıyor. Diğer yandan her iki alanın da temel eğitimlerinde çok iyi fizik, kimya bilmeniz gerekiyor, dolayısıyla aralarında bir geçişkenlik var. Günümüzde Türkiye’de normalde malzeme mühendislerinin bilgi birikimine yönelik birçok pozisyonda kimya mühendislerini görüyoruz; tersi de geçerli tabii ancak daha az mezun veren malzemecilerin açığını kimya mühendisleri ile kapıyor işverenler diyebiliriz.

Malzeme bilimi nedir, malzeme mühendisliği nedir? 

Farklı alanlar bunlar ama yine örtüşürler. “Malzeme bilimi yapıyorum.” diyen birisi, tasarlayacağı malzemenin niçin öyle davrandığını açıklayabilir, o malzemeyle ilgili temel bilgi birikimine sahiptir. Malzeme mühendisi ise malzemenin bileşenlerini belirleyen ve bunları doğru şekilde bir araya getiren kişidir. Mühendislik sonuçta ürüne yönelik bir iş. Bilim tarafındaysanız malzemeyle ilgili, “Hangi malzeme niçin öyle davranır, hangi malzemeleri bir araya getirirsem şu şu özelliği elde ederim?” sorularına cevap bulmaya çalışırsınız. Malzeme mühendisiyseniz, bu tasarlanmış malzemenin en iyi uygulama yöntemlerini bulur, geliştirirsiniz.

Malzeme bilimi ile nanoteknolojinin bağlantısı nedir? Nanoteknolojinin yeri ileride ne olacak?

Sabancı Üniversitesi’ndeki bölüm 1999’da Türkiye’deki ilk “Malzeme Bilimi ve Mühendisliği” programı olarak kurulmuştu. 16 yıl sonra bölümün adını “Malzeme Bilimi ve Nano Mühendislik” olarak değiştirme ihtiyacını hissettik, çünkü dünyanın nano mühendisliğe doğru gittiğini gördük. Programdaki hocaların araştırmaları da nano boyuta doğru hızla kaymıştı yıllar içinde. Böyle şeyler size zaten, geleceğin mesleklerinin yönünün de ilk sinyallerini veriyor. Ülkenin gelişmesi ve değişimleri zamanında yakalamak için üniversitelerdeki özgür araştırma ortamını korumak, işte tam da bu nedenlerle önemli!

Parantezi kapatıp soruya geri dönersek, aklınıza gelebilecek her türlü teknolojide nano boyutta tasarlanmış ve işlevlendirilmiş molekülleri kullanmak çok büyük avantajlar sağlıyor. Diyelim yakıt pili yapacaksınız. Bunu geleneksel yöntemlerle yaptığınızda çok malzeme kullanıyorsunuz, yakıt pilini incecik bir tabakayla kaplayarak aynı işlemi yapabiliyorsanız çok daha ucuza mal edebilirsiniz, depolama alanınız küçülür ve kullanım yerini, örneğin arabanızı, hafifletir. Güneş pili yapacaksanız, esnek ince film güneş pili dediğimiz malzemeyi kullandığınızda bunları rulolar halinde saklayabiliyorsunuz. Bunlar hep maliyet düşürücü ve dolayısıyla daha geniş kitlelerin kullanımını kolaylaştırıcı farklar. Aklınıza gelebilecek her teknolojik üründe mutlaka nano mühendislik uygulamaları var. 

Bir örnek de gıda sektöründen verilebilir. Şu anda paketleme çok önemli gıdada; çöpe gıda atmamak için daha uzun süre taze kalmasını sağlamamız, dolayısıyla, bunları doğru paketlememiz lazım. Paketleme malzemelerinde nano boyutta tasarım yaparsanız, mesela paketlemede kullandığınız malzemenin moleküler yapısıyla öyle bir oynuyorsunuz ki oksijeni çok daha yavaş geçiriyor dolayısıyla içindeki gıda bozulmuyor. Bütün bunlara kafa yormaya başladığınızda zaten nano mühendislik yapıyor oluyorsunuz.

Bilgisayar ve malzeme mühendisliği nerelerde kesişiyor?

Son yıllarda bilgisayar mühendisliğine yoğun ilgi gösterdi gençler,^[2]Sarkaç’ta bilgisayar mühendisliğine dair yazı için bakınız. ama yapay zekâdaki müthiş hızlı gelişmeler bu gençlerin on yıllar sürecek işgücünde tutunabilmeleri için ek bilgi biriktirmelerini gerektirdiğini hızla meydana çıkarttı. Bu ek bilgi içeren alanlardan biri de malzeme mühendisliği.

Bu alanların kesişimine iki şekilde bakabiliriz: Eğer donanım ağırlıklı bir bilgisayar mühendisiyseniz, yani elektroniğe meraklıysanız diyelim, o zaman tabii ki elektronik parçalarındaki donanım ile ilgili ne tür malzemelerin geliştirileceğini tanımlayabilir, bunun test tarafındaysanız, malzemenin tasarımına da girebilirsiniz. Daha yazılım tarafına merakı olanlar ise benim yaptığım gibi benzetimler yapabilir, nano boyutta olsun daha geleneksel olsun, bu sistemler için gerekli karmaşık moleküllerin özelliklerinin tahmininde çalışabilirsiniz. 

“Biyoinformatik” çok daha yaygın bilinen bir alan, ama ‘kemoinformatik’ muhtemelen o kadar duyulmamıştır. Kemoinformatik, kimyasalları da (biyoinformatikte biyolojik veriye yaptığımız gibi) veri eşeleme yöntemleriyle sınıflandırma, yapay zekâ algoritmalarıyla yeni kimyasalları tanımlamayı da içeren önü açık çalışma alanlarını barındırıyor. Ayrıca ilaç tasarımı konusunda yine hesaplamalı çok çalışmalar var. İlacın vücutta gittiği yer ve nasıl çalıştığı önemli ama onu oraya nasıl ileteceğiniz de elzem. Vücut yabancı maddeleri süzmek için evrimleşmiş; ilacınızın kendisinin tasarımında da, bunu hedefine taşıyacak keseciklerin tasarımında da benzetimler, pahalı deneylere girişmeden önce olası milyonlarca alternatifin bir ön elemeye tabi tutulmasında giderek daha fazla önem kazanıyor.

Özetle, Bilgisayar ve Malzeme Mühendisliği birleştirilebilir alanlar. İnsanın merakı ne ise ve o merakı takip ederse zaten mesleğinden tatmin olmanın yolunu buluyor.

Malzeme mühendisliği okuduktan sonra yüksek lisansı ya da doktorayı hangi alanda yapmalıyım?

Her alanda yapabilirsiniz. Yüksek lisans ya da doktora dediğinizde aslında araştırmaya – evrensel bilgi birikimine katkı sunmaya – yelken açıyorsunuz. Araştırma yoluna girdiğiniz anda da aslında üniversite değil, araştırmacı seçmeye başlarsınız ve nokta atışı yaparsınız “Kim ne çalışır? Araştırma ortamı nasıldır?” vb. gibi. Malzemeyle ilgili araştırma yapan bilim insanları da her zaman malzeme programlarında olmuyorlar dünyada; bu kişiler biyoloji programında bulunabilir, inşaat, makine ya da uçak mühendisliği programında kompozit malzeme tasarlıyor olabilirler, vs. Dolayısıyla lisansüstü çalışma yapacaksanız, o nokta atışları sırasında sizin gönlünüzden geçen, kendinizi mutlu eden hangi konuda çalışan kişi varsa onu bulmalısınız. “Benim diplomam o alandan değil.” demeyin. Eğer temel fizik, kimya, matematik eğitiminizi üstüne mühendislik süsüyle iyi aldıysanız, bunların hepsinden açılım yapabilirsiniz. Yeter ki karşınızdaki kişi sizi kabul etsin, sizin özgeçmişinizde ve niyet mektubunuzda da o bilgi birikimini görsün.

Sizce malzeme mühendisliği gelecekte revaçta olacak mı?

Malzeme mühendisliğinin önü çok açık. Biz Sabancı Üniversitesi kurulurken, 1999 senesinde ilk öğrencilerimizi almışız, 1996’da, kurulma aşamasında geleceğe yüzü dönük olan programlarda mezun verelim denmiş, malzeme de bunlardan biri. Çünkü malzeme mühendisliği bütün mühendisliklerle ortaklaşan bir dal. Yani siz elektronik tasarlıyorsanız o elektronikte kullanacağınız malzemenin sizin kullanacağınız işleve uygun olması lazım. İnşaat mühendisiyseniz ona uygun çimentonuz olması lazım; örnekleri çoğaltabiliriz. Ama daha özelinde geleceğe yönelik geniş bakarsak, şu anda dünyanın nüfusu yaklaşık sekiz milyar. Farklı hesaplara göre, elimizdeki kaynaklarla dünyanın 10 milyar insanı kaldıracağı söyleniyor. 1960’ta bu tahminler iki buçuk milyar imiş. 1960’ta iki buçuk derken biz sekiz milyarı bulmuşuz. Bu çok güzel ama tahminlerin şaşmasında öngörülmemiş sıçramaların büyük rolünü görmeliyiz. Sağlık bilimleri ve ziraat mühendisliğinde gelişmeler, genel olarak insanların yaşayışına hizmet eden teknolojik sıçramalar yaşandı arada.

Önümüzdeki yıllarda da bunun yaşanacağını düşünüyoruz. Standart hızımızda yaptığımız teknolojik gelişmelerle dünyanın 30 milyarı dahi destekleyebileceğini hesaplayan araştırmalar var. Hayali geniş, ve daha uçuk tasarımlara aklınızı açarsanız, mesela herkesi Almanya büyüklüğünde bir yere sıkıştırırsanız ve dünyanın gerisini onlara kaynak sağlayacak şekilde düzenlerseniz mavi gezegenimizin 100 milyarı dahi destekleyeceğini öngörenler var. Ama bu çığır açıcı yeniliklerin her biri için; ister sağlık olsun, ister her türlü enerji çözümünde olsun, yeni malzemelerin tasarımına ve kullanıma sunulmasına ihtiyacımız var. Şu anda elimizde olmayan ileri teknoloji malzemelere ihtiyacımız var. Tüm bu nedenlerle malzeme mühendisliğinin yüzünün geleceğe tam dönük bir meslek olduğunu düşünüyorum.

Malzeme mühendisliğinden mezun olduktan sonra akademik hayata mı yoksa iş hayatına mı yönelim daha fazla? Yurt içi ve yurt dışındaki olanaklar nelerdir?

Malzeme mühendislerinin çalışılabileceği sektörler çok geniş. Mezunlarımız arasında kendi iş yerlerini kuranlar var; nanoteknoloji diyoruz, onların uygulamalarına doğru yönelen arkadaşlar var. Akademik yöne gidenler de var. Doktoradan sonra şirketlerde yöneticilik yapanlar olduğu gibi, kendi buluşlarını şirkete dönüştürmüş olanlar var; çok fazla seçenek var. Tüm bu mezunlar dünyanın her bir yerine dağılmış durumda.

Çeşitli sebeplerle Türkiye’de kalmayı tercih ediyorsanız malzemeciler, diğer alanlara göre, biraz daha öndeler çünkü malzemeye yönelik teknolojiler, altyapı ve üretim ülkemizde tarihsel nedenlerle çok gelişmiş durumda. Ne bunlar? Mesela aklınıza gelebilecek bütün seramikleri düşünün ve ülkemizin çini konusundaki tarihsel birikimini göz önüne alın. Benzer şekilde cam malzemeler konusunda Şişecam dünya markası. Bütün boya yan sanayi, iplik – ki bunlar polimerik malzeme – gibi sanayiler Türkiye’de bilgi birikiminin dünya ile rekabette olduğu alanlar.^[3]Sarkaç’ta polimerin ne olduğuna dair yazı için bakınız. Metalurji de özellikle Cumhuriyet’in kurulmasıyla birlikte çok desteklenmiş ve gelişmiş. Dolayısıyla Malzeme Mühendislerinin çok farklı alanlarda çalışma imkânları var.

Malzeme ve nanoteknoloji mühendisliği kimlere göre bir bölümdür?

Öncelikle bilimi sevmek lazım. Bu mesleği yapacak kişinin bir şeyin niçin öyle olduğunu merak etmesi lazım. “Yaptım oldu”nun ötesinde “Daha iyisini nasıl yaparım?” sorusunu sormayı sevmeli. Bir malzemeyi bir amaç için kullanacaksınız, onun birtakım fiziksel özellikleri var. Belirli bir kullanım için aynı anda, dayanıklı, sert, esnek ve biyobozunur bir malzemeye ihtiyaç tanımlanmış olabilir. Bazen birbiriyle çelişen birtakım özellikleri bir araya getirmeniz gerekiyor. Dolayısıyla öğrencinin bunların tamamıyla ilgili bilgi biriktirmesi ve bu bilgileri gerektiğinde heybesinden hızlıca çıkarıp uygulayabilmesi lazım. Sistemin kimyasından çok fiziğini anlamayı gerektiren, yerine göre hesaplar üzerinde kalem oynatmayı isteyen (yani matematiği seven), ama ellerini malzemeye bulaştırma heyecanı taşıyan öğrencileri görmeyi isteriz sınıflarımızda.^[4]Metin, Canan Atılgan ile yapılan söyleşilerden derlenmiş, Sarkaç okuyucusu için genişletilerek için son haline getirilmiştir.

Canan Atılgan
Bilim Akademisi üyesi,
Sabancı Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi