ביומימיקרי

משמעות המונח ביומימיקרי היא חיקוי החיים (Biomimicry: Bio=life; mimesis=imitate). ביומימיקרי היא דיסיפלינה רב-תחומית המקדמת חיקוי ולמידה מהטבע לפתרון בעיות בדרכים מקיימות.

חדש(נ)ות מהטבע יוני 2016

קוראים יקרים שלום,
החודש נערך יום עיון בנושא ביומימיקרי במכון ויצמן, במסגרת ארועי הקיץ של המרכז הארצי למורי הביולוגיה ולמורי מדעי הסביבה. מרצים שונים מאוניברסיטאות, בתי ספר ומארגון הביומימיקרי שיתפו מניסיונם בהובלת תכניות חינוך בנושא ביומימיקרי והרחיבו אודות תחום מחקרם. הכנס הוא עוד עדות לתכונה הרבה שמייצר תחום הביומימיקרי בשדה החינוכי ולעובדה שהטבע הוא מעבדת מחקר ולימוד שאין תחליף לה.
בהזדמנות זו נזכיר  שההרשמה לתוכניות ביומימיקרי לבתי ספר, יסודיים ועל יסודי,  לשנת הלימודים הבאה בעיצומה. לפרטים: info@biomimicry.org.il

 מצורף קול קורא לחוקרים ממוסדות אקדמיים בתחומי מדעי החיים / ביומימיקרי להצטרף למאגר חדש שמטרתו לקשר בין האקדמיה, התעשייה, והמגזר החינוכי. המאגר פתוח לחוקרים, דוקטורנטים ומסטרנטים בכל המוסדות להשכלה גבוהה בישראל. הצטרפו לעשרות החוקרים שכבר נרשמו. להלן הקישור

 בידיעון זה נסקר את הסימפוזיון בנושא: ביומימיקרי ועיצוב, שהתקיים החודש במוזיאון ויקטוריה ואלברט בלונדון. מצורף דיווח מלא אודות התכנים בליווי תמונות. כמו כן, נדווח על הרצאה שניתנה החודש בנושא טבע ותהליכי למידה, בכנס השנתי של ירחון משאבי אנוש. כמו תמיד, גם הפעם חדשנות טכנולוגית, והפעם בנושא תוכנה למכוניות אוטונומיות בהשראת התנהגות של מערכות ביולוגיות.

 בברכת קריאה מהנה וחופשת קיץ בטוחה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

סיקור חויות מסימפוזיון בנושא: ביומימיקרי ועיצוב, מוזיאון ויקטוריה ואלברט בלונדון


 מאת: ארזה בן אור

ברחבת מוזיאון ויקטוריה ואלברט (V&A) שבלונדון, בגן הפנימי במתחם, מסביב לבריכה האליפטית הוקם ביתן הצללה חדשני, השואב את השראתו מכנפי החפייה של החיפושית, ונקרא: The Elytra Filament Pavilion 



הביתן מבית היוצר של האדריכל Achim Menges אחים מנגס  והמהנדס Jan Knippers יאן ניפרס (פרופסורים מאוניברסיטת שטוטגרט וחלוצים בחקר השילוב בין חשיבה ביומימטית, ייצור רובוטי וחומרים חדשים ליישום באדריכלות ובהנדסה)  בשיתוף  עם אדריכל מוריץ דורסטלמן  Moritz Dorstelmann   וג'יימס סוליJames Solly  , הוזמן על ידי המוזיאון כחלק מ "Engineeringn Season" של קיץ 2016 .

מבנה ייחודי זה  הינו אינטגרטיבי בהתהוות ואמור לגדול ולהתפתח לאורך כל התקופה בה יוצב בחצר ומורכב משני סוגים של תאים משושים (אופקיים ואנכיים), בהם ארוגים חוטים מסיבי פחם (שחור)וזכוכית (לבן), בעלי חוזק גבוה ומשקל נמוך, בהתאם למערך הכוחות המופעלים על כל אלמנט. הביתן מהווה שילוב אינטגרטיבי בין הנדסת בנין, הנדסת סביבה והנדסת ייצור. שילוב חיישנים בסיבי החופה מאפשרים לקבל, בזמן אמת, נתונים הנוגעים להתנהלות אנושית סביב המבנה, נתוני טמפרטורה, לחות ורוח – המאפשרים הרחבת הביתן בהתאם לצרכים. במרכז המבנה ממוקם הרובוט ((Kuka, המדגים ומאפשר לבחון מקרוב כיצד קורם המבנה עור וגידים הלכה למעשה. 

ביתן ההצללה קידם את פני הבאים לסימפוזיון, שנערך ביום שישי ה-17.6.2016 במוזיאון V&A, בנושא : ביומימקרי ועיצוב. הסימפוזיון קיבץ יחד שחקני מפתח מתחום ההנדסה והאדריכלות, המשלבים בפרקטיקה שלהם תהליכי חשיבה ופתרונות ביומימטיים. האולם היה מלא מפה לפה באנשי מקצוע, סטודנטים וסקרנים.

החלק הראשון של הסימפוזיון עסק בביומימיקרי -תיאוריה ויישום ונפתח בהרצאות של מנגס וניפרס על התהליכים בהשראת הטבע בפרויקטים השונים שלהם במהלך השנים . הם הציגו את מחקרם המבקש לגשר בין המימד הטכני והתרבותי של מערכות סיביות באדריכלות, והרפרטואר העשיר של מורפולוגיה סיבית בטבע. בהתבסס על  עיצוב פרמטרי מתקדם, סימולציה וייצור רובוטי, לדבריהם המחקר הזה פותח  גישה חדשה למבנים מורכבים הבנויים סיבים ויוצר ביטוי מרחבי חדשני.

המהנדס ג'ורג' ג'רונימידס Jeronimidis  George, פרופסור אמריטוס בהנדסת חומרים מורכבים, דיבר על:  "ביו-השראה- ממבנים סיביים ביולוגיים לפונקציונאליות ביצועית", בה סקר דוגמאות רבות בטבע, מן החי והצומח, בהן מבני הסיבים משמשים ליצור מגוון של גיאומטריות מורכבות, המשולבות עם תכונות כימיות ופיסיקליות של חומרי הבסיס, על מנת להשיג, למשל, אופטימיזציה מבנית והתמודדות עם שינויי צורה והתאמה לגירויים חיצוניים.  ג'רונימידס הדגיש את החשיבות בהטמעת ארגון הדפוסים הסיביים במערכות סיביות מעשה ידי אדם. כדוגמא, בין היתר, הביא את מבנה החורים בטבע.







האדריכל מייקל פאולין Michael Pawlyn , מחלוצי יישום תהליכים ביומימטיים בעיצוב ואדריכלות, דיבר על ביומימיקרי כסינתזה, וסקר פרויקטים כגון The Sahara Forest Project  ליצור חשמל ו-The Mountain Data Center  , בהם עקרונות מהטבע ניתנים לאימוץ באתגרים אנושיים, המאפשרים יעילות משאבים ואנרגיה מקסימלית, תוך שימוש בכלים עיצוביים המבוססים על אלגוריתמים ביולוגיים, המאפשרים פתרונות למבנים מורכבים, גם במסגרת אילוצים סותרים.
.
 

 


בחלק השני של הסימפוזיון הוצגו פרויקטים יישומיים :
ג'וליאן מלקיורי Julian Melchiorri– ביוטכנולוג, מעצב מוצר ויזם,  אשר הציג פיתוח ביומימטי המדמה עלה היוצר תאורה לילית – "Synthetic Leaf" באמצעות חומרים היוצרים פוטוסינתזה.
 

אליסה אנדרסייק,Alisa Andrasek  אדריכלית ומעצבת בעלת סטודיו Biothing  , מעבדה בין-תחומית המתמקדת בפוטנציאל היצרני של מערכות מחשוב עבור עיצוב, הביאה דוגמאות מעבודתה  באריגה רובוטית של סיבי פחם. לדבריה, עיצוב לפי תבניות והסינתזה שלהם הם המפתח לגילוי תופעות סמויות וחדשניות.

 
 
 

מוריץ דורסטלמן  Moritz Dorstelmannוג'יימס סולי  James Solly  הרצו על העיצוב האינטגרטיבי וההנדסי של ביתן ההצללה בחצר המוזיאון. העיצוב בהשראת עקרונות הבנייה הקלה המצויים בטבע כמו מבני הנימה של כנפי החפייה  בחיפושיות מעופפות המכונה elytra. רכיבי הזכוכית וסיבי פחמן, של החופה הגלית מופק באמצעות טכניקת פיתול רובוטי חדשני שפותחה על ידי המעצבים. כמו ה- elytra בחיפושית, כך גם מבנה הנימה של הביתן חזק מאוד וקל מאוד : משתרע על 200 מ"ר ושוקל פחות מ 2,5 טון.  לדבריהם מערכת הסיבים מאפשרת גמישות מרחבית המתאימה עצמה לתנאים בשטח ולמיקרו-אקלים בסביבה.
 
 
 
בפאנל הסופי, בהשתתפות המרצים מהחלק הראשון, הועלו נושאים הקשורים לנושא קנה המידה  והיישום של טכניקת הסיבים, כמו גם היכולת לעבוד עם חומרים בעלי ריפוי עצמי (Self-Healing Materials), כמו שימוש בננו סיבים בהם יש מצלמות המאפשרות להצביע על כשלים בבניין. הפנל ציין שלמרות שסיבי הפחם חזקים כמו מתכת ומיושמים בתעשיית התעופה, חסרות עדין טכניקות של ייצור המוני מתועש ושהמחברים הם עדיין נקודות התורפה במבנה, ולכן האתגר הוא ביטולם - וזה נושא עיצובי תעשייתי שלדבריהם טרם מוצה.
מאתגר היה המשפט של ג'רונימידס שאמר: "דמיינו עולם ללא מתכת, זכוכית ובטון, והתחילו לחשוב ולתכנן מנקודה זו..."
אין ספק שזהו תחום מרתק הנמצא עדין בשלביו העיצוביים הראשוניים והפתרונות הניתנים הינם נסיוניים ברובם ואולם לפי התלהבות הקהל באולם ובחצר ניתן לקוות שבהמשך נכונו לנו פיתוחים מהפכניים עוד יותר.
צוות המרצים (מימין לשמאל) על רקע הביתן בגן מוזיאון  ויקטוריה ואלברט בלונדון: מייקל פאולין, אליזה אנדרסייק, אקים מנגס, מוריץ דורסטלמאן, ג'יימס סולי, ג'וליאן מלכיאורי, ג'ורג' ג'רונימידס ויאן ניפרס
קישור המתאר את הקמת Elytra Filament Pavilion
צילומים: ארזה בן אור, אדריכלית ומרצה.



 

משאית אוטונומית בהשראת הטבע ומחשבות על תכנון

מאת: יעל הלפמן כהן

חוקרים שוודים מפתחים תוכנה למשאיות ללא נהג בהשראת התנהגות מערכות ביולוגיות. לטענתם, גישה תכנונית זו תהפוך רכבים אלה לבטוחים יותר, ואת התכנון שלהם לפשוט יותר.
חוקרים באוניברסיטת Chalmers  שבשוודיה מפתחים תוכנה למשאית אוטונומית בהשראת תפקוד של מערכות ביולוגיות. הרכב,  משאית וולוו , FH16הוצג לראשונה  ביריד הרכב בהולנד בסוף חודש מאי. במסגרת פרויקט של האיחוד האירופי, הנקרא Grand Cooperative Driving Challenge, מתחרות כ-15 אוניברסיטאות על פיתוח רכבים אוטונומיים, הוולוו של אונ. Chalmers הוא אחד מהם.
מנהל צוות הפיתוח, אולה בנדריוס, מסביר שהדרך המסורתית לפיתוח רכבים מבוססת על שיפור מודלים קודמים. לטענתו, שיטה זו לא תעבוד בפיתוח רכבים אוטונומיים.
באופן מסורתי, המטרה היא לצפות מראש את כל הבעיות המשוערות, להפריד ביניהן ולטפל בהן באמצעות פונקציות ייעודיות שיתנו מענה לכל בעיה בנפרד.  כלומר, המערכת צריכה לטפל במספר רב של מצבים אפשריים. בתכנון יסודי אפשר לכסות מספר נרחב של מצבים, אבל בשלב כלשהו, משהו בלתי צפוי עלול להתרחש ויכול להוביל לתאונה.
צוות החוקרים בחר להתייחס לרכב האוטונומי באופן חדשני, כאורגניזם ביולוגי ולא מערכת טכנית, רכב הדומה יותר לבעל חיים.  

"מערכות ביולוגיות הן המערכות האוטונומיות הטובות ביותר. מערכת ביולוגית קולטת מידע מהסביבה בעזרת החושים ומגיבה באופן ישיר ובטוח".  כך אומר אולה בנדריוס, מנהל הצוות.  

הצוות פיתח תכנה הקולטת מידע המוזן מהסביבה למשאית בעזרת חיישנים ומצלמות, וממירה אותו לפורמט (תסדיר) הדומה לאופן שבו אנשים ובעלי חיים מפרשים את העולם דרך חושיהם. פורמט זה מאפשר למשאית להסתגל למצבים לא צפויים, שלא נלקחו בחשבון בעיצוב ובתכנון. 
במקום תכנית אחת גדולה עם פונקציות ייעודיות למצבים צפויים, הצוות עובד על יחידות התנהגות קטנות וכלליות, שיאפשרו למשאית להגיב לגירויים שונים, כמו בעל חיים, לצורך ניהול גמיש של מצבים לא צפויים ושל סכנות פתאומיות. האתגר הוא בתכנון מערכת שמסתגלת לכל מה שעשוי לקרות מבלי להצביע על מצבים ספציפיים - "זה משהו שאפילו בעלי חיים פשוטים עושים טוב יותר מפתרונות רכב קיימים", לדברי בנדריוס.

התכנה נקראת OpenDLV ((driverless vehicle, היא מפותחת כקוד פתוח ונגישה באינטרנט, על מנת שחוקרים נוספים בעולם יוכלו להצטרף למאמץ הפיתוח, ולהשתמש בתכנה בפיתוח הרכבים האוטונומיים שלהם. OpenDLV אמור לשרת את האקדמיה כפלטפורמה מחקרית בדיסציפלינות שונות, כמו הנדסת רכב, מערכות מסתגלות, מדעי המחשב, הנדסה, תפיסה, נוירולוגיה וביולוגיה.

האם זו המהפכה הבאה בעולם הרכב, השקולה להחלפת הסוסים במכוניות ממנועות בתחילת המאה ה-20?
כך חושב מנהל הצוות. ימים יגידו. בהצלחה.

טבע ותהליכי למידה

מאת: יואל אמסטר

החודש התקיים הכנס ה-23 ללמידה בארגונים, המופק ע"י ירחון משאבי אנוש HRISRAEL, במסגרתו ניתן מבט חדש ומרענן על תהליכי למידה – מבט מהטבע. בידיעה זו נשתף בתקציר ההרצאה שניתנה בכנס.

תהליכי חניכה והכשרה
תהליך החניכה בטבע נעשה על ידי הדמות הקרובה ביותר לזה שמתרגל, תוך התבססות כמעט מוחלטת על תרגול ועל צבירת מיומנויות בכלים חווייתיים. הטבע מכשיר את פרטיו באמצעות אין סוף שעות תרגול, המשמשות כמסלול רכישה של מיומנויות בסיסיות של כל פרט לצורך הישרדותו. התהליך תובעני וללא פשרות, ומתוך ידיעה שבתום מסלול הלימודים, תלמידי הטבע מתחלקים לשתי קבוצות למידה ברורות - אלה השורדים ואלה הנכחדים. אין אמצע, אין הקבצות, אין מועד ב' - יש או חיים או מוות, או המשך או נטישה, ממש כמו בקורס טייס או במסלול למידה יוקרתי במחוזותינו.
"חוסך שבטו שונא בנו" - תשאלו את גור הפילים מה קורה לו אם סמוך ללידתו הוא לא מבין שעליו להיצמד לאימו על מנת לינוק ממנה חלב? הזכרים שבעדר הפילים דוחפים אותו ללא רחם לעברה, לא מניחים לו לרבוץ לנוח או לשחק, וכופים עליו רכישת מיומנות שמהותה חיים והימנעות ממנה משמעותו מוות.
בתהליך ההכשרה בטבע אין שלבי ביניים. לדוגמה - הדרישה מגוזלים של עופות דורסים לתרגל בפעם הראשונה את הכנפיים באמצעות זינוק ממרומי הקן החמים והבטוח אל מצולות העולם.

 על מצטיינים וחלשים
בעולם הטבע, כל תשומת הלב והקניית המשאבים מופנית למצטיינים. לאלה המתקשים ברכישת המיומנויות לא מוקמות כיתות לימוד מיוחדות, ולא ניתנים פטורים בגין הפרעות קשב וריכוז.
לתלמיד החזק והמצטיין מטרה ברורה: לגדול ולהתפתח כדי לחזק את שרידותו ואת התפתחותו העתידית של העדר. לתלמיד החלש תפקיד ברור - להגן על הפרטים החזקים. בדיוק כך. זאת בניגוד לעולמנו, בו תפקידו של החזק הוא להגן על החלש, לצעוד בראש תוך סיכון הנפש על מנת להגן על החלשים שבעורף, בעולם הטבע תפקיד החלש להפוך לטרף בידי אויבי העדר על מנת לאפשר לפרט החזק שבעדר שלו לשרוד, כדי שהוולדות הבאים יהיו פרי חלציו של הפרט החזק, וכך יגדל חוסנו ההישרדותי של העדר.

 תהליכי למידה מבוססי שיתוף
תהליכי למידה מבוססי שיתוף אפשר לראות אצל בעלי חיים כדוגמת הדבורים והנמלים. אצל הנמלים מתקיימת, הלכה למעשה, דינמיקה של חוכמת ההמונים. הנמלה היחידנית מזהה מה עליה לעשות דרך הצטברות ריחות זהים המופרשים מנמלים רבות, וככל שיש יותר נמלים שמפרישות ריח זהה, כך האות לפעולה ספציפית הופך ליותר מובהק וחד משמעי.
שלמה המלך, בספר משלי, שם דגש על העיתוי בו יש צורך ויתכן גם כורח להתבסס על חוכמת ההמונים בדבריו המפורסמים (משלי פרק ו פסוקים ו'-ז'):

"לך אל הנמלה עצל, ראה דרכיה וחכם. אשר אין לה קצין שוטר ומושל".

ובמילים אחרות, חוכמת ההמונים, והשימוש בה כטכניקת למידה, רלוונטיים בתקופה של היעדר מנהיגות.
מעניין מה זה מעיד על דורנו שלנו?

 

חדש(נ)ות מהטבע מאי 2016


קוראים יקרים שלום,

קול קורא לחוקרים ממוסדות אקדמיים בתחומי מדעי החיים / ביומימיקרי להצטרף למאגר
 חדש שמטרתו לקשר בין האקדמיה, התעשייה, והמגזר החינוכי.

להצטרפות למאגר לחץ על הקישור

 לראשונה, יפתח קורס ביומימיקרי בצפון הארץ, בהיקף של 24 שעות אקדמיות, בשיתוף מכללת ארז. הקורס יועבר בצור לבון בימי שני אחה"צ, החל מסוף יוני. לפרטים והרשמה.

ההרשמה לתוכניות ביומימיקרי לבתי ספר לשנת הלימודים הבאה בעיצומה. לפרטים: ofrit@biomimicry.org.il


בידיעון זה נרחיב על חידושים ביומימטיים בעולם הכביסה, על מערכות לטיפול במים בהשראת דג הטרוטה, על תחליף לדבקים בתעשיית הסיבים בהשראת מודלים טבעיים, ועל הקשר בין אם הפנינה לפיתוח זכוכית חזקה יותר.

בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי