מאת: יעל הלפמן כהן
ד"ר גל ריבק ופרופ' דניאל ויס מהפקולטה לאווירונאוטיקה בטכניון חקרו את מנגנון הקפיצה של הנתוזיות - חיפושיות הקופצות ללא רגליים תוך סיבוב גופן באוויר. ממצאי המחקר מרחיבים את ההבנה לגבי מידת השליטה של החיפושית במהלך הקפיצה ולגבי המגבלות הביומכאניות הקובעות את תוצאות הקפיצה.
ד"ר גל ריבק ופרופ' דניאל ויס מהפקולטה לאווירונאוטיקה בטכניון חקרו את מנגנון הקפיצה של הנתוזיות - חיפושיות הקופצות ללא רגליים תוך סיבוב גופן באוויר. ממצאי המחקר מרחיבים את ההבנה לגבי מידת השליטה של החיפושית במהלך הקפיצה ולגבי המגבלות הביומכאניות הקובעות את תוצאות הקפיצה.
קפיצה ללא רגליים נראית כמשימה בלתי אפשרית. חיפושיות ממשפחת הנתוזיתיים (Elateridae) מסוגלות לעשות זאת באמצעות מנגנון פשוט העשוי להרים אותן אף לגובה של כ- 30 ס"מ . בדרכן חזרה לקרקע הן מבצעות בוירטואוזיות סלטות ויכולות אף להספיק לבצע מספר סלטות לפני הנחיתה. הקפיצה היא מנגנון שהתפתח בחיפושיות הללו כדי לסייע להן לשוב לרגליהן אם הן מתהפכות על הגב. בנוסף הקפיצה גם יכולה לשמש כמנגנון הגנה מפני טורפים, אך בעוד החיפושיות שוכבות על גבן הן יקפצו גם ללא איום. באופן מוזר, החיפושיות מצליחות לחזור לרגליהן רק בחצי מהקפיצות....
טכניקת קפיצה ייחודית זו ידועה מתחילת שנות ה- 70, אך מעט ידוע על מידת השליטה שיש לחיפושית על מהלך הקפיצה ועל המגבלות הביומכאניות הקובעות את תוצאות הקפיצה, בעיקר לנוכח העובדה המפתיעה שהסיכוי של החיפושית ליפול חזרה על רגליה יכול להיקבע למעשה על ידי הטלת מטבע.
ד"ר גל ריבק ופרופ' דניאל ויס מהפקולטה לאווירונאוטיקה בטכניון התמודדו עם שאלות אלו במחקרם שעתיד להתפרסם בקרוב בירחון האקדמי PLoS ONE . ריבק וויס ניתחו את מהלך הקפיצה של חיפושית הקליק באמצעות מודל מתמטי פיסי של פעולת הקפיצה המשלב מדדים מחיפושיות חיות. נמצא שזווית הקפיצה בזמן ההמראה היא קבועה ועומדת על קצת פחות מ-80 מעלות. כך למעשה, החיפושית יכולה לקבוע רק את מהירות הקפיצה אך לא את מסלולה. בנוסף, נמצא שפעולת הכיפוף המשגרת את גוף החיפושית לאוויר היא לא יציבה ורגישה לשינויים קטנים במנח החיפושית על הקרקע. שינויים קטנים אלו משפיעים על מומנט הפיתול המסובב את גוף החיפושית באוויר.
הממצאים מראים שמנגנון קפיצה ייחודי זה ללא הרגליים מאפשר את שילוח הגוף לאוויר, אך המנגנון מוגבל ולא יציב מספיק לחזות את כיוון הנחיתה (גב או רגליים). מנח הנחיתה תלוי בגיאומטריה המשתנה של נקודת המגע של החיפושית עם הרצפה. אמנם מכניזם זה נעדר שליטה מלאה על התנועה אך הוא מצטיין בפשטות ועדיין מספק 50% סיכויי הצלחה לקפיצה.
חיפושית הקליק ומנגנון הקפיצה שלה יכולים להוות מקור השראה וחיקוי לכר נרחב של פיתוחים ביומימטיים החל מחומרים אלסטיים וננו קפיצים ועד כלי רכב מזעריים ולא מאוישים הנעים על קרקע לא צפויה ומסוגלים לקפוץ מעל מכשול הניצב בדרכם.
לסיכום ציין ריבק כי "הטבע מלמד אותנו שעם חשיבה מקורית ותכנון נכון ניתן להגיע לפתרונות פשוטים בהרבה כמו במקרה של הנתוזיות".
תמונה באדיבות ד"ר גל ריבק
מנגנון הקפיצה מזכיר את פעולת הרוגטקה. גוף החיפושית מחולק לשתי יחידות באמצעות מפרק. שתי היחידות מחוברות באמצעות שרירים אורכיים המתכווצים לצורך אחסון אנרגיה אלסטית. כל עוד המפרק נעול, האנרגיה האלסטית האגורה לא משתחררת. כאשר המפרק נפתח וגופה של החיפושית מכופף כלפי הבטן, האנרגיה האגורה בשרירים משתחררת בפתאומיות וגורמת לשיגור החיפושית לאוויר. טכניקת קפיצה ייחודית זו ידועה מתחילת שנות ה- 70, אך מעט ידוע על מידת השליטה שיש לחיפושית על מהלך הקפיצה ועל המגבלות הביומכאניות הקובעות את תוצאות הקפיצה, בעיקר לנוכח העובדה המפתיעה שהסיכוי של החיפושית ליפול חזרה על רגליה יכול להיקבע למעשה על ידי הטלת מטבע.
ד"ר גל ריבק ופרופ' דניאל ויס מהפקולטה לאווירונאוטיקה בטכניון התמודדו עם שאלות אלו במחקרם שעתיד להתפרסם בקרוב בירחון האקדמי PLoS ONE . ריבק וויס ניתחו את מהלך הקפיצה של חיפושית הקליק באמצעות מודל מתמטי פיסי של פעולת הקפיצה המשלב מדדים מחיפושיות חיות. נמצא שזווית הקפיצה בזמן ההמראה היא קבועה ועומדת על קצת פחות מ-80 מעלות. כך למעשה, החיפושית יכולה לקבוע רק את מהירות הקפיצה אך לא את מסלולה. בנוסף, נמצא שפעולת הכיפוף המשגרת את גוף החיפושית לאוויר היא לא יציבה ורגישה לשינויים קטנים במנח החיפושית על הקרקע. שינויים קטנים אלו משפיעים על מומנט הפיתול המסובב את גוף החיפושית באוויר.
הממצאים מראים שמנגנון קפיצה ייחודי זה ללא הרגליים מאפשר את שילוח הגוף לאוויר, אך המנגנון מוגבל ולא יציב מספיק לחזות את כיוון הנחיתה (גב או רגליים). מנח הנחיתה תלוי בגיאומטריה המשתנה של נקודת המגע של החיפושית עם הרצפה. אמנם מכניזם זה נעדר שליטה מלאה על התנועה אך הוא מצטיין בפשטות ועדיין מספק 50% סיכויי הצלחה לקפיצה.
חיפושית הקליק ומנגנון הקפיצה שלה יכולים להוות מקור השראה וחיקוי לכר נרחב של פיתוחים ביומימטיים החל מחומרים אלסטיים וננו קפיצים ועד כלי רכב מזעריים ולא מאוישים הנעים על קרקע לא צפויה ומסוגלים לקפוץ מעל מכשול הניצב בדרכם.
לסיכום ציין ריבק כי "הטבע מלמד אותנו שעם חשיבה מקורית ותכנון נכון ניתן להגיע לפתרונות פשוטים בהרבה כמו במקרה של הנתוזיות".
מקור: ראיון עם ד"ר גל ריבק
