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 יולי 2011

קוראים יקרים שלום,

תחום הביומימיקרי מוסיף מימד נוסף של פליאה ועניין בעולם החי והצומח, ומציע צורת הסתכלות חדשה, הרואה בטבע מורה, מודל ומדד. על כך תוכלו לקרוא בכתבה "לזה חיקינו" שפורסמה לאחרונה ב"עיתון חי".
לאחרונה עלתה לאוויר יחידת חינוך חדשה בביומימיקרי לאתר של רמת הנדיב. היחידה היא פיתוח משותף של ארגון הביומימיקרי הישראלי ושל מחלקת החינוך של רמת הנדיב ובסיוע מט"ח (מרכז טכנולוגיות חינוכיות). יחידה זו מיועדת לבתי ספר המעוניינים להיחשף לתחום הביומימיקרי, והיא משלבת דוגמאות של פיתוחים בהשראת החורש הים תיכוני המקיף את סביבת רמת הנדיב, ומאפיין את אזורנו.

החודש בחרנו לספר על פיתוח חדשני נוסף מבית היוצר של הלוטוס, על רובוט זחל חדשני, על פיתוח ביומימטי בתחום ה- biofouling בהשראת זרעים צפים, על תעופה בהשראת הסנונית ועל עבודתה של מעצבת ניוזילנדית, המשלבת חשיבה ביומימיקרית במוצרים שהיא מעצבת.

בחודש נובמבר הקרוב יתקיים בארץ כנס ערי הידע - כנס בינלאומי בנושא מחקר וניהול של "ערי ואזורי ידע", כאשר, השנה יתמקד הכינוס בסימן פיתוח ערים ואזורים, למען הדורות הבאים. להרשמה לכנס.
אנו מקדמים בברכה את הצטרפותה של העורכת הלשונית, גב' ניצה הלל, לצוות הידיעון. גב' הלל תסייע לנו להגיש לכם גיליון איכותי יותר.

קוראים המעוניינים לקבל מידע שוטף, מוזמנים להצטרף לדף הפייסבוק של ארגון הביומימיקרי ולקרוא ידיעות נוספות על הפיתוחים האחרונים בהשראת הטבע, ועל פעילות הארגון.

                                                       בברכת קריאה מהנה וקיץ נעים,

                                                                       צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

זרעים צפים

מאת: מאיה גבעון

צוות מחקר מהמרכז לחדשנות ביומימטית בגרמניה בוחן זרעים של צמחים שונים החופשיים מצימוח אצות. זוהו מבנים מיקרוסקופיים דמויי שערות המונעים התפתחות של מיקרואורגניזמים על פני הזרע. כעת עובד צוות המחקר על פיתוח משטחי סיליקון המחקים מבנה זה, למניעת תופעת האילוח המיקרוביאלי ((Biofouling

כל מי ששהה תקופה מסוימת סמוך לים (או בתוכו), מכיר את תופעת ה"זקן" הירוק המופיע תוך זמן קצר על כל עצם חדש המוכנס למים. השכבה הירוקה החיה, שכוללת מגוון אורגניזמים ימיים כגון: אצות, בלוטי ים, רכיכות ודומיהם, מתפתחת מזרעים ומיצורים מיקרוסקופיים ששטים במים בחופשיות, עד שהם מגיעים למשטח מתאים, נצמדים אליו, ומתחילים להתפתח. למעשה, התופעה קיימת כמעט בכל מערכת, שבה מים נמצאים במגע ממושך עם עצמים שונים. תופעה זו, המכונה Biofouling ובעברית אילוח מיקרוביאלי, מהווה בעיה עבור כלי שיט, משום שהתוספות החיות משנות את המבנה ההידרו דינאמי שלהם, מאטות אותם וגורמות לעליה בצריכת הדלק שלהם. במילים אחרות, הנוסעים הבלתי רצויים בתחתית כלי השיט מסבים להם נזקים כלכליים.

                         מאת Fribbi תחת רישיון Creative Commons attributions 3.0 

על מנת למנוע את התופעה או להפחיתה, משתמשים בתעשיית כלי השיט בחומרי ציפוי, שמשחררים למים רעלנים המונעים את התפתחות האורגניזמים. רוב חומרי הציפוי האלה מתבססים על בדיל, וביניהם הנפוץ מכולם הוא טרי-בוטיל-טין (TBT). בשנים האחרונות התברר בהדרגה כי הנזק הסביבתי שגורמים חומרים אלה עולה על התועלת מהם. מחקרים גילו, כי החומרים המשתחררים למים נספגים בתאים של היצורים החיים ומשבשים את פעולת המערכת ההורמונאלית ואת מערכת הרבייה שלהם. גם כמויות קטנות מאוד של החומר גורמות להידלדלות חדה באוכלוסיות של מינים שונים, והן אף מסוכנות לבריאות האדם. בעקבות זאת נחתמה בראשית שנות ה-2000 אמנה בין לאומית לשליטה על חומרי anti-fouling המזיקים בספינות, להגבלת השימוש בחומרים אלה.
בשנים האחרונות מושקעים מאמצים רבים במחקר ובפיתוח, למציאת פתרונות חלופיים למניעת אילוח מיקרוביאלי על כלי שייט. הטבע מציע למתבוננים היטב מקורות להשראה: אורגניזמים ימיים רבים אינם מתכסים בכיסוי הירוק, מבלי לזהם את סביבתם. צוות מהמרכז לחדשנות ביומימטית בגרמניה, בחן זרעים של צמחים שונים המופצים במים כשהם חופשיים מצימוח אצות. כדי להתמקד באלופים, השיט הצוות זרעים מ-50 מיני זרעים שונים במי ים, במשך 12שבועות. 12 המינים שנותרו נקיים לחלוטין מאילוח מיקרוביאלי נחקרו על ידי הצוות. התברר שהמעטפת החיצונית של הזרעים הללו מכילה מבנים מיקרוסקופים דמויי שערות, שפשוט מונעות פיזית ממיקרו אורגניזמים שונים להיצמד אליהם. כעת עובדים החוקרים על משטחי סיליקון שמחקים את המבנה הזה, והתוצאות הראשוניות משביעות רצון. המשך המחקר יכלול גם אנליזה כימית של המעטפת החיצונית של הזרעים, כדי לקבוע מה הקשר בין המבנה הכימי של המעטפת לבין יכולתם המיוחדת של הזרעים להישאר חופשיים מאילוח מיקרוביאלי.

למקור הידיעה

הלוטוס בשירות התעופה

מאת: יעל הלפמן כהן

המחלקה להנדסת פלסטיקה בשנקר מובילה פיתוח חדשני של טכנולוגיה למניעת הצטברות קרח במטוסים, תופעה הפוגעת בבטיחות הטיסה וביעילותה. הפיתוח מבוסס על חיקוי המבנה הננומטרי של עלה הלוטוס.

עלה הלוטוס מזוהה עם מספר פיתוחים ביומימטיים ובהם צבעים, זכוכיות וטקסטילים בעלי מנגנון ניקוי עצמי. הפיתוחים הם פרי מחקרו של פרופסור ברטלוייט שזיהה את התכונה הסופר-הידרופובית (דחיית מים קיצונית) של העלה ואת המבנה התומך בכך ואף הגדיר אותה כ- "אפקט הלוטוס". המבנה הסופר הידרופובי של עלה הלוטוס  הינו מבנה גבשושי, כך שבליטות רבות בגודל ננו מטרי מכסות את פני העלה וגורמות לכך שכל טיפת מים הנופלת על העלה מקבלת צורה ספרית, מתגלגלת ומסירה בדרך חלקיקי לכלוך. לאחרונה פורסם פיתוח נוסף בהשראת אפקט הלוטוס בתחום התעופה.


אחת הבעיות עימן מתמודד עולם התעופה היא הצטברות של קרח על גוף המטוסים. במדינות קרות מתחילה הבעיה עוד על הקרקע, אך באופן כללי, עם העלייה בגובה הטיסה יורדת הטמפרטורה, והתופעה גוברת. קרח יכול להצטבר על חלקים שונים של המטוס כמו הכנפיים, המנועים או החלונות, והצטברותו מסכנת את הטיסה.
כיום נפוצות שיטות שונות להתמודדות עם התופעה. כאשר המטוס על הקרקע מותזים עליו חומרים כימיים, המונעים הצטברות קרח לזמן קצר, ואילו כאשר המטוס באוויר מופעלים אמצעים מכאניים וזרמי חום למניעת התופעה. השימוש באוויר החם גוזל אנרגיה מהמנוע, והוא עלול להיות מסוכן במקרה שיש סדק במטוס.
ברחבי העולם נענו קבוצות מחקר רבות לאתגר הטכנולוגי, והן מנסות למצוא פתרון לבעיית הצטברות הקרח על המטוסים. לאחרונה פורסם כי במחלקה להנדסת פלסטיקה במכללת שנקר נמצא פתרון חדשני לבעיה - ייצור משטחים המפחיתים הצטברות קרח, בעזרת מבנים בקנה מידה ננומטרי. המחקר מבוצע ע"י ראש המחלקה, פרופ' חנה דודיק, בשיתוף עם ד"ר אנה דותן וד"ר פביאן ריוס. הפיתוח מבוסס על מבנהו הייחודי של עלה הלוטוס, המאופיין בסופר הידרופוביות.
בסימולציות שנערכו לדגימות שפותחו בשנקר, נמצא כי החוקרים הצליחו להקטין את הצטברות הקרח על משטח המתכת פי 18 עד 20. לאחרונה עבר הפיתוח שלב, לאחר שנחתם הסכם שיתוף פעולה בין שנקר לבין המרכז למצוינות בישומי ננוטכנולוגיה של אוניברסיטת מסטוצ'טס. בעקבות חתימת ההסכם יופנו תקציבים חדשים למסחור הפטנט ולהבאתו המהירה לשוק התעופה.

הטכנולוגיה החדשה, מבית היוצר של עלה הלוטוס, תפחית את הסיכונים הכרוכים בתופעת הצטברות הקרח, ותוזיל את עלויות התעופה.

לקריאה נוספת








תנועה רובוטית בהשראת הזחל

פיתוח רובוטים בהשראת הטבע נועד לפתור את בעיית התנועה במשימות חילוץ והצלה ממבנים לאחר אסון, ממערות ומפני שטח בלתי יציבים אחרים. רובוטים רבים מפותחים בהשראת חרקים, לאור מנגנוני התנועה היחודיים להם. הזחל, למרות מה שהורגלנו לחשוב, הוא בעל יכולת תנועה מהירה ביותר במצבי סכנה.

 דמיינו לעצמכם שבמהלך תנועה לא נעים הקיבה שלכם והשלד שלכם ביחד, אלא בטור... כך מתקדם הזחל. הדמיה הממחישה את צורת ההתקדמות הזו ניתן לראות בסרטון המצורף.

דר' Huai-Ti Lin ועמיתיו מאוניברסיטת Tuft חקרו את תנועת הזחל ופיתחו רובוט, המחקה אחת מהתנועות המעניינות של הזחל בעת בריחה מטורף פוטנציאלי. כשהזחל חש בסכנה, במקום להמשיך ולזחול הוא מתגלגל לצורת גלגל, ובדרך זו הוא נמלט במהירות רבה ביותר ממקור האיום. מסתבר, שהזחל הוא לא האורגניזם היחיד שמתגלגל במהירות במהלך בריחה מאיום. צורת תנועה זו נמצאה גם בעכבישים שונים ובמיני חסילונים.

                                         מאת Conrado תחת רישיון GNU

Lin ועמיתיו פיתחו את הזחל הרובוטי המכונה GoQBot. ה- GoQBot מגיע לאורך של 10 ס"מ והוא מורכב מסיליקון, בשילוב סליל מתכתי. אומנם חוקרים שונים פיתחו רובוטים בהשראת הזחל, אך זהו הזחל הרובוטי הראשון המורכב מחומר רך, ומחקה את תנועת הזחל במצבי סכנה, דהיינו את גלגול הבריחה ולא את הזחילה עצמה.
הסרטון המצורף בקישור מדגים את התנועה המיוחדת של הזחל ושל הרובוט.

לא בכדי אנו מכירים את הזחל כ"זחל הרעב". צורת התנועה של הזחל דורשת אנרגיה רבה, אך היא מאפשרת הגעה למהירויות גבוהות ביותר. דר' Lin מעריך שגלגול הרובוט במהלך תנועה יאפשר הגעה לשטח רב, וזחילה למקומות צרים, במודל התנועה של הזחילה.
רובוט נוסף בהשראת תנועה זחלית מפותח בימים אלה, בשיתוף פעולה בין חוקרים מקימבריג' ובית הספר לרפואה בהרווארד. החוקרים מפתחים רובוט "זחלי" אשר יסייע למנתח במהלך ניתוחים זעיר פולשניים בגוף האדם.

לתקציר המאמר מכתב העת Bioinspiration and Biomimetics

לעוף כמו סנונית

מאת: זיו כהני

בעזרת שינויים בשיפוע כנפי הסנונית אחת ביחס לשניה, מסוגלת הציפור לתמרן בצורה מעולה, ולייצר בקרת טיסה רציפה בכל זמן נתון במהלך המעוף. צוות חוקרים מאוניברסיטת אילינוי חוקר מערכת זו, במטרה לפתח מודל תעופתי מתקדם.

השוואת צורת התעופה של ציפור לזו של מטוס מראה, כי כנפי המטוס הן קשיחות וקבועות במקומן, ואילו כנפי הציפור הן גמישות, ונעות חלק ניכר מזמן התעופה. אז מה יודע הטבע שלא יודעים המהנדסים הכי טובים של בואינג?

משחר האנושות נחקרו ציפורים בהקשר של תעופה, ועל חלק ממחקרים אלו כבר דיווחנו בידיעון זה. כך למשל, ההתרוממות בקצה הכנף של עיט הערבות ושל עופות דורסים נוספים שימשו מקור השראה לפיתוח הכנפונים במטוסי האיירבוס 380.
לאחרונה פורסם מחקר נוסף, של צוות חוקרים מאוניברסיטת אילינוי, שצפו בסנונית המצטיינת ביכולת תמרון מרשימה בעזרת ייצור זווית משתנה בין הכנפיים שלה תוך כדי מעוף. חוקרים אלו חקרו את מעוף הציפור ואת היכולת שלה להניע את עצמה ולתמרן, על אף שאינה בעלת "זנב" אופקי בחלק הגוף האחורי שלה, כפי שקיים במטוסים.


                                סנונית (מאת: דורי). שימוש בתמונה תחת רשיון GNU

נמצא כי כאשר נמצא מרכז המסה של גוף הציפור (מרכז מסה = נקודה מחושבת בתוך נפח הגוף, שמסת הגוף כולו מתנהגת כאילו היא מרוכזת בה) מאחורי הכנפיים, מאפשרים שינויים בזווית שבין הכנפיים לסנונית יכולת תמרון מעולה, ושינויים אלה מחליפים למעשה את הזנב האחורי, שבעזרתו מצליח המטוס לתמרן.

שינוי בזווית שבין הכנפיים קובע את זווית ה"התקפה" של הכנף בזמן המעוף, וכך בעצם נוצר התמרון.
היתרון הראשון שיש במערכת תמרון זו הוא, שבעזרת מערכת אחת ניתן לשלוט בצורה נפרדת בכל פרמטרי הטיסה. יתרון נוסף הוא שמערכת זו ניתנת לחיקוי ומידול בצורה פשוטה יחסית, על ידי פיתוח של כנפיים גמישות.

למקור הידיעה בירחון Biomimetics & Bioinspiration

עיצוב בהשראת הטבע

מאת: לירון דן

המעצבת הניו-זילנדית רבקה אסקיט מקבלת השראתה משורשי Te-Atiawa (שבט מאורי המכונה Iwi ) ומהתבוננות בצורות ובתהליכים טבעיים. היא עושה שימוש בחומרים ברי קיימא באיכות גבוהה. כל זאת תוך מזעור הפסולת, הפרדה בין החומרים השונים על מנת שיהיה קל להחליפם ולמחזרם, חשיבה על הורדת נפח המוצר ואריזתו החכמה לצרכי הובלה, ועם זאת העיצוב של אסקיט צורני, ומחקה מבנה טבעי מסוים. התשוקה לשימור הטבע והסביבה מובילה את העשייה שלה, הכוללת שילוב בין שיטות עיצוב מסורתיות ועכשוויות.
אסקיט, אשר עיצוביה מאופיינים בקווים ממבנים טבעיים, פיתחה קולקציית גופי תאורה המכונה "נקטר", המורכבים מחיבור יבש בין צורות משושים על גבי קונסטרוקציית מתכת פשוטה, אשר יוצרים יחד את מבנה הכוורת המוכר, הידוע בקלות משקלו ובכוחו הקונסטרוקטיבי. מעבר למראה האסתטי שמעניקה צורת הכוורת, היא מתפרקת לצורת משושים ונארזת שטוחה, ובכך מפחיתה את נפח ההובלה (מצורף סרטון). גופי התאורה עשויים בד פוליאסטר מלובד (אשר כ-92% ממנו ממוחזר) קל משקל, עמיד בפני קרינת השמש ובפני רקבון. הבד אינו קריע, אינו פולט חומרים רעילים, אינו אלרגני והוא כביס.

תמונה באדיבות רבקה אסקיט

מוצר נוסף שעיצבה אסקיט הוא גוף תאורה המחקה את המבנה האורגני המורכב של צדפת ה-Nautilus. המבנה מאפשר את כיווצו של  המוצר לצרכי הגנה (הרצועות נכנסות אחת בתוך השנייה) ואת הפחתת נפח ההובלה. המוצר עשוי רצועות עץ אורן אוסטרלי בעובי של 1.5 מ"מ, פלדה קפיצית, מחברי פלסטיק ונורה חסכנית בחשמל. המעצבת בוחנת את כל פרטי החומרים ותהליך הייצור- החל מהקפדה על מקור העצים - מיערות מנוהלים בעלי תקינה, דרך עיבודו של העץ- חיתוך לייזר, המאפשר את מיזעור הפסולת, ועד לאריזתו- גוף התאורה מגיע ארוז במצב שטוח, על מנת שיהיה קל לשינוע וללא נפח מיותר. בתום חייו, ניתן המוצר לפירוק לחלקיו למטרת מחזור.

תמונה שמאלית באדיבות רבקה אסקיט


כל אחד ממוצריה של אסקיט ניחנים בחשיבה מחזורית. החל ממקור חומר הגלם, דרך ייצורו, שינועו, פירוקו ומיחזורו, וכאן בא לידי ביטוי היבט נוסף של הראייה הביומימטית אשר מניעה את עשייתה.

הצילומים באדיבות המעצבת www.rebeccaasquith.com