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 ספטמבר 2011

קוראים יקרים שלום,

אנו שמחים להגיש לכם את גיליון ספטמבר של חדש(נ)ות מהטבע.

שנה לא קלה עברה על הכדור שלנו, והשיא היה רעידות האדמה הקטלניות ביפן והנזקים הסביבתיים העצומים שנלוו לכך. אך לצד החורבן וההרס, גברה המודעות לצורך שלנו בשמירה על הכדור, מאבקים של אנשי סביבה בעולם ואפילו בארץ זכו להצלחות, השקעות בטכנולוגיות סביבתיות גברו ובתחום הביומימיקרי, התחלנו לראות לא רק זרעים בדמות מחקרים מדעיים ופטנטים אלא גם את פירות המאמץ התודעתי במוצרים שהבשילו.

החודש אנו מדווחים על נחש רובוטי, המפותח בפקולטה להנדסת מכונות שבטכניון ועל מלחמת הגוף בפתוגנים ופיתוח רובוטים מרפאים. בעקבות התערוכה "גאודי והטבע" המתקיימת בברצלונה נדווח על שורשיו "הביומימטיים" של האדריכל גאודי. כמו כן נעדכן על חרקים מלאכותיים זעירים המעופפים למטרות אבטחה ובטחון, ונגלוש במהירות וביעילות בגלשן מים חדשני, המבוסס על מבנה הסנפיר של הלווייתן הגבנוני.

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

אנו רוצים לאחל לכם ולבני משפחותיכם, שנה של יצירה ועשייה.
שנה טובה, מלאת חידושים והשראה מהטבע.

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי.

חילוץ והצלה בהשראת... נחשים !

מאת: מיכל טופז, ספארי רמת גן

צוות מחקר מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון מפתח נחש רובוטי, בעל מאפייני תנועה של נחש ויכולת להיכנס לחללים צרים, למטרות חילוץ והצלה.

לצוותי חילוץ והצלה נשקפת סכנה מתמדת בעבודתם - קרבה לחומרים מסוכנים, חילוץ לכודים מבניינים בוערים או מבין הריסות לאחר רעידות אדמה ועוד. דמיינו לעצמכם כי אותם צוותים לא יצטרכו עוד להסתכן. עכשיו הפסיקו לדמיין ... העתיד כבר כאן! וכל זאת בעקבות פיתוח רובוט בהשראת ... נחשים!
מבנה הגוף של הנחשים ומנגנון התנועה שלהם מאפשר להם להיכנס לחללים צרים ביותר. החוליות הרבות בגופם מקנות להם גמישות. לנחשים הגדולים ביותר יכולות להיות כ- 500 חוליות (לבני אדם, לצורך השוואה, יש 33 חוליות). לנחשים יש יותר שרירים מאשר למרבית בעלי החיים, והם ממש "מפלסים" את דרכם על פני האדמה. לכל הנחשים יש לפחות שלוש דרכים לנוע. הם יכולים לטפס על עצים, להתחפר בין סלעים ולזחול כמעט בכל מקום שירצו.
מספר קבוצות מחקר בעולם, כולל בישראל, עובדות על פיתוחי נחשים רובוטיים, אשר נראים כמו נחשים ומתנועעים כמותם.
צוות המחקר במעבדתו של ד"ר אלון וולף בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון מפתח נחשים רובוטיים לשימוש כוחות מיוחדים של חילוץ והצלה. ד"ר וולף ועמיתיו, חוקרים בתחום הביוקינטיקה (חקר תנועת אורגניזמים במרחב) את תנועת הפיתונים המתכדרים ונחשי הקינג. באמצעות מערכת מצלמות אינפרא- אדומות עוקבים במעבדה אחרי תנועת הנחשים, ומפתחים רובוטים המתמחים בהתגנבות ובזחילה אל היעד לפני החילוץ.


  התמונה באדיבות: ד"ר אלון וולף, המעבדה לביורובוטיקה וביומכניקה, טכניון.
הנחש הרובוטי בנוי מחוליות רבות אוטונומיות וביניהם מפרקים. בניגוד לנחש ביולוגי, הרובוט הינו מודולארי, כך שכל חולייה יכולה לתפקד גם בנפרד. תנועתו הגמישה, המחקה את מודל החוליות של נחשים, מאפשרת לו לטפס על מדרגות, להתלפף, להשתחל לחורים קטנים, ולנוע בסדקים ובחללים צרים. לראשו ניתן לחבר מצלמה כך שיוכל לשדר תמונות למפעיל הנמצא מאחור בזמן אמת. הוא יכול לשאת אמצעים לחישה ולאיתור סימני חיים, ציוד מציל חיים לניצולים, ומעל הכל לנהל את התקדמותו בתוך סביבה מסובכת לתנועה ורצופת מכשולים, כמו מבנים שהתמוטטו ברעידת אדמה - ללא סיכון הצוותים.
ד"ר וולף טוען כי מחקר חיקוי של בעלי חיים נותן אינטואיציה טובה כיצד להתגבר על האתגר. לטענתו, החוקרים חייבים להיות יצירתיים ופתוחים לרעיונות חדשים, ולפעמים אף לשדרג את הטבע, על מנת לפתח רובוט מתאים יותר למשימה ולמגבלות הטכנולוגיות - כמו לאפשר לנחש הרובוטי להתגלגל על צירו, או להתפצל למספר חלקים אוטונומיים, שחלקם יכולים לשמש כממסרי תקשורת או חיישנים שנשארים בסביבת העבודה ומעבירים מידע לצוותי החילוץ בזמן אמת.

על פיתוח זה ועל רבים נוספים תוכלו לשמוע מצוות מדריכי הספארי, בחוג ביומימיקרי לנוער ובסדנאות ביומימיקרי בספארי.


ביומימיקרי בספארי - מיכל - 03-6305308    michal@safari.co.il

מידע נוסף באתר המעבדה בטכניון

זה מיקרואורגניזם, זה מחולל מחלות...זה רובוט!

סון דזה, או החכם סון בסינית, מחברו של הספר "אומנות המלחמה" כתב: "דע את האויב ודע את עצמך". פרופ' Mingjun Zhang מסתכל על מלחמה אחרת, מלחמת הגוף בפתוגנים. פתוגנים הם מיקרואורגניזם מחוללי מחלות, ולמידת מנגנוני הפעולה שלהם תסייע אולי לבנות רובוט שיתבסס על ידע זה, וישמש תרופה.

הרובוט המתוכנן הוא לא אוסף של מחברים מתכתיים אלא מיקרו רובוט, קטנטן, בעל יכולת שחייה, רובוט המבוסס על אורגניזם ביולוגי הנע בגוף. הצוות של פרופ' Mingjun Zhang שבאוניברסיטת טנסי משלב חוקרים מהמחלקות מכניקה, תעופה וחלל והנדסה ביו רפואית. במחקר התגלו ממצאים משמעותיים בדבר יכולת השחייה וההיצמדות של הפתוגן Giardia. פתוגן זה אחראי לאחת ממחלות המעיים הנפוצות ביותר בעולם, מחלה הפוגעת במיליוני אנשים בשנה בארצות המפותחות, ויותר מכך בארצות המתפתחות. מחלה זו קשה למיגור מאחר ול Giardia מאכסנים גם ביצורים חיים אחרים פרט לאדם.   

במשך 250 שנים ניסו מדענים להבין כיצד מסוגל מיקרואורגניזם להיצמד למשטחים רבים ושונים, ולשחות בסביבה קשה. להבדיל מרוב הפרזיטים, להם יש מאכסן ספציפי, מאפשרת יכולת ההיצמדות והשחייה שיש לפתוגן Giardia להתפשט, ולהדביק בדרכו מינים שונים.
החוקרים בצוותו של Zhang מצאו, שאצל הפתוגן Giardia אחראי כל זוג שוטונים על פונקציה אחרת. הם מצאו שאורכו של שוטון הוא 12 מיקרומטר וקוטרו רק כמה מאות ננומטרים. על בסיס תגלית זו, גילה הצוות דרך להילחם במתקפת הפתוגן, על ידי חסימת יכולתו להיצמד לפני שטח המעי.                                           
היישומים העתידיים, הטמונים בחקר מבנה הפתוגן ואופן פעולתו, רבים ומגוונים. בניית מיקרו-רובוטים שישוטו בגוף האדם לצורך העברת תרופות, שבירת אבני כליה ועוד. אמנם היישומים עדיין בגדר חלום רחוק, אך הידע קיים, כלי המחקר קיימים, ורק נותר "לדעת את האויב" ולקבל ממנו השראה לפיתוחים שונים.                     
הצוות זכה במענק בסך 170,000$ מהצי האמריקאי – האם בנוסף ליישומים רפואיים, נראה בעתיד רובוטים צבאיים מבוססי תנועה פתוגנית נעים ביעילות בים?

למידע נוסף



אנתוני גאודי בהשראת הטבע

מאת: לירון דן

האדריכל גאודי שאב את השראתו מהטבע, ועסק גם בחקר הפונקציונאליות של מבנים וצורות  הנדסיות בטבע, לצורך תכנון מבנים עמידים וחזקים לאורך זמן. בימים אלו מתקיימת בכנסיית ה- Sagrad Familia בברצלונה תערוכה בנושא זה.
גאודי טבע את חותמו בעולם האדריכלות האורגנית בכנסייה המרשימה בברצלונה. כחלק מביקור בכנסייה, מתקיימת התערוכה Gaudi&nature, המציגה את המבנים הטבעיים ששימשו בסיס לחשיבתו של האדריכל הספרדי. ההשראה שקיבל גאודי מהטבע אינה מתבטאת רק כלפי חוץ, בצורות האורגניות רבות הדמיון, אלא גם בפונקציונאליות של המבנים, אשר נוצרו מתוך מחקר מעמיק, שבחן את הצורות ההנדסיות הקיימות בטבע.
גאודי, אחד האדריכלים הנועזים והחדשניים ביותר של המאה ה-20, חקר את הגיאומטריה בחיות, בצמחים ובמינרלים, וחיפש תשובות אדריכליות בספר הגדול של הטבע -"הספר הגדול תמיד פתוח בפנינו ואנו צריכים לעשות את המאמץ לקרוא, את הטבע". מבחינתו, צורה ופונקציה חד הם, וכך יצר את האסתטיקה הייחודית לו בזכות מחקר מעמיק במבנים יעילים המעוגנים בחוקי המתמטיקה ואשר חלים על כל יצור חי.
מרבית המידע שאסף גאודי היה באמצעות בדיקות ישירות של צורה וחומר. הוא בנה טבלה של חומרי גלם זמינים, המתאימים בעמידותם ובחוזקם לצורה המעוצבת. מאחר והצורות שבחר היו צורות תלת ממדיות מורכבות מאוד שלא נוסו בעבר, בנה גאודי מודלים פיסיים מוקטנים על מנת לקבוע סופית את התאמתן של הצורות, תוך שימוש בחומרי גלם זמינים דוגמת לבנים, טיח ומחברים.
גאודי עשה שימוש רב בקשתות פרבוליות, להן מצא פיתרון בעיקרון "קו השרשרת" Catenary. החיפוש שלו אחר צורות מעוגלות, בהן הצורה נוצרת באופן טבעי וכוחות החיבור בה מינימאליים, הוביל אותו לרעיון המשטח הקוינודלי conoid, ויצירת תמיכה דרך חיזוקי קורות העוקבים אחר העיקולים. צורת הגג המעוגלת והדקיקה מסוגלת לשאת משא כבד, ומטרתה לאגור את מי הגשם, מי הברכה.

                          תמונת בית הספר מאת Amadalvarez תחת רישיון 2.5 cc 

אחד הפרויקטים המעניינים מבחינת המבנה הוא עיצוב גג בית ספר “Escoles de Gaudi”, שממוקם בצמוד לכנסייה הידועה “Sagrada Familia”. הגג תוכנן בהשראת עלה המגנוליה, בצורת conoid. על מנת לחסוך בחומרי גלם, תכנן גאודי את גג המבנה על פי שיטות בנייה קטלוניות מסורתיות, אותן שידרג לפי עקרונות אשר מצא בטבע. כמו כן, אפשר לראות קשר גיאומטרי בין מבנה צדפת ה-  Tridacna למבנה הגג, בשני המקרים נשמר עיקרון השיכוב וקיומה של הצורה המורכבת הידועה בחוזק מבני ובעמידות גבוהה לאורך זמן.

מי שומר עלי?

מאת: זיו כהני

צוות מחקר מאוניברסיטת אוקספורד מפתח חרק מכאני מעופף, המצויד במצלמה, למטרות אבטחה ובטחון באזורים מסוכנים. לצורך כך מפותחות כנפיים מלאכותיות, תוך חיקוי מבנה כנפי חרקים. הדגמים הראשונים צפויים בעוד כ- 3-5 שנים.

בידיעות קודמות עסקנו במחקרים בתחום תעופת החרקים והציפורים, וביכולתם לתמרן בסביבות מורכבות. לאחרונה קיבלנו דיווח על פיתוח נוסף, העוסק במעופפים מכאניים-אלקטרוניים המחקים את החרקים שבטבע. מעופפים אלה נושאים מצלמות ממוזערות איכותיות, ומשולחים למשימות אבטחה וביטחון - ללא סיכון חיי אדם. המובילים בתחום פיתוח זה הם חוקרים מאוניברסיטת אוקספורד, המשתמשים לצורך הפיתוח בידע מחקרי מתחומי ההנדסה והפיזיקה. העובדה כי ההתפתחות האבולוציונית של כנפי חרקים בטבע ארכה כ- 350 מיליון שנה(!) מעידה על קיומם של פתרונות אפשריים לאתגרים בתחום התעופה.

                                                  מאת Pilsmo תחת רישיון CC 3.0
מטרת המחקר היא לפתח חרקים מלאכותיים, שבזכות גודלם הזעיר וצורת התעופה שלהם, ייטמעו בסביבה בטבעיות, בלי למשוך תשומת לב.
כמובן שהאתגר הראשי הוא לפתח כנפיים מלאכותיות זעירות, שיכילו מכניזם מתוחכם שיוכל לאפשר את מגוון יכולות התמרון שיש לחרקים שאנחנו מכירים. למשל: יכולתן של דבורים לשאת משקל גדול ביחס למסה שלהן, התעופה המהירה (מאוד) של הזבובים, ויכולתו של הארבה לגמוע מרחקים עצומים. כך תיסלל הדרך לפיתוחם של חרקים מעופפים, שיתאימו למשימות שונות - איסוף מידע באזור עוין, בניין שקרס, מפעל חומרים מסוכנים שנפגע וכדומה.
במהלך המחקר והפיתוח השתמשו החוקרים במצלמה מיוחדת (בעלת רזולוציה גבוהה מאוד, מהירות צילום גבוהה מאוד ואלגוריתם ממוחשב מתקדם), במנהרות רוח לאבחון יכולות אווירודינמיות ובחיישני לייזר מדויקים.
המחקר משך את תשומת ליבם של גופים ביטחוניים גדולים כמו NATO וחיל האוויר האמריקאי, שהחליטו להשקיע כספים במחקר. בתוך כ-3 עד 5 שנים אמורים להיות מיוצרים המעופפים המלאכותיים הפעילים הראשונים, והציפייה היא שתוך עשרים שנה כבר יהיה קו שלם של חרקים טכנולוגיים לכל משימה וייעוד אפשרי.

למידע נוסף

גלישה חלקה

מאת: יעל הלפמן כהן

חברת Fluid Earth  השיקה לאחרונה גלשן מים, בעל סנפיר המחקה את מבנה הבליטות של סנפיר הלווייתן הגבנוני ((Humpback Whale. הגלשן החדש תוכנן לספק חווית גלישה מהירה ויציבה יותר, ללא התפשרות בנושא בחירת חומרים ותהליכי יצור סביבתיים.
הלווייתן הגבנוני מזוהה כבר עם כמה פיתוחים ביומימטיים, לרבות טורבינת רוח ומים.
מסתבר שבליטות על הסנפירים מסייעות ללווייתן גדול הממדים לנוע במים בקלילות ובמהירות יחסית. הבליטות מסדירות את נתיב התנועה של המים, ומונעות היווצרות מערבולות. במחקרים שנערכו במנהרות רוח הסתבר, שמבנה זה מאפשר דינאמיקת זרימה משופרת, הכוללת 32% הפחתה בגרר, 8% שיפור בכוח העילוי ו- 40% שיפור בזוית התקיפה - יחסית לסנפירים חלקים.

חברת Fluid Earth פיתחה גלשן חדש, המאפשר יכולת תמרון טובה משל קודמיו וביצועים טובים יותר במים. מוצר זה מכונה "סנפיר הלווייתן הגבנוני", משום שמקור השראתו הוא בסנפיר הלווייתן. החברה עבדה עם ד"ר פרנק פיש, שגם פיתח את הטכנולוגיה של חברת whalepower לטורבינות רוח, מאווררים ומשאבות.
שילוב מבנה הבליטות על סנפיר הגלשן משפר את ביצועי הגלישה, כולל גלישה מהירה יותר, תוך שילוב פניות יציבות ומלאות עוצמה. בנוסף למבנה הבליטות, מקפידה החברה לייצר את הגלשן מחומרים ידידותיים לסביבה. לאחר מחקר ופיתוח מאומץ ובחינת עשרות חומרים, פותח חומר ביוקומפטבילי מוגן פטנט. החומר מבוסס על שרף תרמופלסטי (המתרכך עם חימומו) המופק מצמחים. שרף זה מעורבב עם סיבי זכוכית המיוצרים מצורן טבעי. החברה מחויבת לתוכנית מיחזור ולקיזוז פליטות, מתוך הבנה שלתעשיית יצור הגלשנים יש חלק לא מבוטל בהצטברות הזבל בעולמנו, זבל בו אפשר להבחין גם בשעת גלישה בים, לצד זרמי הזבל הנעים באוקייאנוסים.
הגלשן החדש יספק חווית גלישה מהירה יותר, יציבה יותר אך גם נקייה יותר.

למידע נוסף