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.

חד(ש)נות מהטבע דצמבר 2012

קוראים יקרים שלום,

שנת 2012 עומדת לקראת סיומה, וזו הזדמנות להביט אחורה על קפיצת המדרגה המשמעותית שנעשתה בתחום הביומימיקרי בארץ.

ראשית, אנו שמחים לבשר כי שיתוף פעולה בין החממות הטכנולוגיות המובילות, חממת קסניה וחממת ון-ליר יוצא לדרך בינואר 2013. כחלק משיתוף פעולה זה, חממת קסניה ו-ליר תפעל להקמת חברות הזנק בתחום הביומימקרי בישראל. יזמים בעלי רעיונות לפיתוחים טכנולוגים ביומימטים מוזמנים להגיש הצעתם לבחינת השקעה: xenia@info.co.il

במהלך שנת 2012 הרחבנו על 60 פיתוחים ומחקרים ביומימטיים חדשים בידיעון חד(ש)נות מהטבע, והמשכנו לקדם את המודעות לתחום באמצעות כתבות בעיתונות והרצאות בכנסים בינלאומיים.
השקנו את הכנס הישראלי הראשון בביומימיקרי לילדים, בשיתוף תוכנית קרב ורמת הנדיב, במסגרתו למדו תלמידי בתי ספר יסודיים תוכנית בביומימיקרי והתמודדו עם פיתוח מוצר בהשראת הטבע.
השקנו, בשיתוף עם מכללת אורנים, את שביל הביומימיקרי הישראלי, המזמן היכרות עם תחום הביומימיקרי בסביבה טבעית ובאווירת פנאי.
הרחבנו את הפעילות בספארי ברמת גן, במסגרתה נחשפים תלמידים ומבוגרים לתוכניות חינוך חווייתיות ומעשירות.

לשנת 2013 מתוכננת פעילות ענפה, הכוללת השקה של כנס בינלאומי אקדמי ראשון בביומימיקרי, בשיתוף עם המכון הטכנולוגי בחולון. הקול הקורא לכנס האקדמי יופץ בקרוב בקרב הקהילה המחקרית הבינלאומית במוסדות אקדמאיים שונים עולם.
עוד מתוכננת תערוכה בביומימיקרי בגן המדע במכון ויצמן, שתושק בקיץ הקרוב.
כנס ביומימיקרי לילדים יתקיים זו השנה השנייה ברמת הנדיב, במרץ 2013.

לראשונה, תשתתף מדינת ישראל בועדות התקינה לניסוח תקן בינלאומי ביומימטי במסגרתו פועלות קבוצות עבודה מכל העולם ליצירת סטנדרטיזציה בתחום הביומימיקרי באמצעות הגדרת טרמינולוגיות, מתודולוגיות וכלים לניהול תהליך תכן ביומימטי. יו"ר ומנכ"ל ארגון הביומימיקרי הישראלי, צפויות להצטרף השנה לועדות תקינה אלו.

לראשונה, משיק הארגון קורס מקצועי בביומימיקרי המיועד למתכננים, למהנדסים, לאדריכלים, לביולוגיים, ולאנשי ניהול והוראה, המעוניינים לשלב חשיבה ביומימטית וכלים ביומימטיים בעבודתם. לפרטים והרשמה.

בהזדמנות זו אנו רוצים להודות למתנדבים הנאמנים, המאפשרים לחזון ארגון הביומימיקרי הישראלי להתקיים – ולהמשיך לצמוח.

בברכת קריאה מהנה ושנה אזרחית טובה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

אורגניזם החודש: איך בוב ספוג מוריד את הזבל מבלי לזוז?

מאת: יעל הלפמן כהן

הספוגיים, יצורים ימיים רב תאיים פשוטים, מדגימים מערכת סינון יעילה אנרגטית מקור להשראה ומחשבה.
הספוגיים (שם מדעי: Porifera) הם בעלי חיים ימיים רב תאיים פשוטים, חסרי חוליות, איברים ורקמות. בניגוד לדמותו המצוירת והאהובה של בוב ספוג, הספוגיים חסרי יכולת תנועה. שמם נגזר מדמיונם למבנה של ספוג המכיל נקבוביות רבות.

במערכת הספוגיים מינים רבים ושונים, ואת רובם אפשר למצוא במים מלוחים. הספוגיים יכולים להיות קטנים מאוד אך גם גדולים במיוחד, להתנשא עד לגובה של כשלושה מטרים ולארח בארובתם אפילו בן אדם.
הספוגיים חסרי התנועה מסננים את מזונם מהמים העוברים דרכם. מים חודרים לתוך הספוג דרך הנקבוביות ומשם דרך תעלות אל חדרי הסינון, שם לוכדים תאים ייחודים את חלקיקי המזון והחמצן מהמים ובסוף התהליך מועברים המים, המכילים את תוצרי הלוואי, אל פתח היציאה דמוי הארובה.
הארובה מזוהה כחלק חשוב במבנה הספוגיים, והיא מהווה מרכיב חשוב במערכת הסינון של הקבוצה. המים המשוחררים מהארובה לאחר שהמזון והחמצן נספגו בספוג, מכילים את הפסולת המטבולית, בצורת אמוניה או פחמן דו חמצני. חשוב לשחרר פסולת זו באופן שלא יזהם את הזרמים הנכנסים לספוג בתחילת תהליך הסינון.

                                               תחת תנאי רישון אומנות חופשית

הגיוני לשער שלתהליך סינון מזון זה יש מחיר אנרגטי גבוה, אך מסתבר שהנקבוביות הקטנות פועלות כמשאבות בעלות אפקט ואקום על הסביבה. בדומה לתהליך ויסות הטמפרטורה בקיני הטרמיטים, המבוסס על זרימה פאסיבית של אויר בתוך מערכת של פתחים ותעלות, מנצלים הספוגיים, למעשה, את זרימת המים סביבם כדי להפחית את המחיר האנרגטי של סינון המים.
מבנה הספוג מכיל מספר פתחים בעלות שונות גיאומטרית (לא באותו גובה), המחוברים ביניהם דרך מערכת תעלות לארובה מרכזית. הפתח הגבוה יותר (בראש הארובה) חשוף לזרימה מהירה יותר וללחץ נמוך יותר (עפ"י עיקרון ברנולי). ומכיוון שכל נוזל (כמו גז) זורם מאזור לחץ גבוה לאזור לחץ נמוך, מתרחשת זרימה בתעלת הארובה כלפי חוץ.
בנוסף ליעילות האנרגטית, מבטיח מנגנון הסינון בספוגיים גם מזעור של כמות המים המזוהמים שעשויה לחזור אל הספוג עם הזרמים הנכנסים, עקב הרחקת המים היוצאים מהזרמים הנכנסים.
הסרטון המצורף בלינק זה מדגים באמצעות דיו (לא רעיל) כיצד מסננים הספוגיים את המים. מומלץ לצפות!
אז בפעם הבאה שאתם מורידים את הזבל, היזכרו במנגנון פינוי האשפה הפשוט, היעיל והחסכוני של הספוגיים.

למידע נוסף

להאיר כמו גחלילית

מאת: דפנה חיים לנגפורד

קבוצת החוקרים מדרום קוריאה פועלת לפיתוח תאורת LED  יעילה וזולה יותר. החוקרים מקווים כי חקר מבנה איבר ההארה של הגחלילית וחיקויו יאפשר זאת.
צוות חוקרים מדרום קוריאה מפתח מערכת הארה יעילה מאוד בהשראת הארה טבעית בטבע- ביולומיניסציה (Bioluminescence)
בטבע קיימים מספר אורגניזם המסוגלים ליצור הבזקי אור. פרט לגחלילית ולחיפושיות מאירות שונות, טוענים כי 90% מבעלי החיים הקיימים בעומק הים מייצרים אור ברמה כלשהיא. ליצירת האור על ידי בעלי חיים תפקידים שונים: הסוואה בסביבות חיים מסוימות, משיכה של טרף או משיכה בתהליך החיזור, דחייה וכמובן תקשורת בין פרטים שונים. יצירת האור, הביולומינסציה, היא תוצאה של ריאקציה כימית יעילה מאוד של הפיכת אנרגיה כימית לאנרגית אור. ברוב המקרים, מעורב בביולומינסציה הפיגמנט לוציפירין, שמחומצן על ידי האנזים לוציפראז ליצירת הבזק האור. בגחלילית, הבזקי האור מקורם בתהליך זה, המתרחש צמוד לבטן הגחלילית.
                                                   תמונה מאת art farmer תחת רישיון CC

במהלך המחקר גילו החוקרים כי המבנה הקוטיקולרי (השכבה החיצונית של החרק) של בטן הגחלילית בנוי משכבות רבות במבנה מאורגן. באמצעות מיקרוסקופיה אלקטרונית ואנליזה נומרית, מצאו החוקרים שמבנה השכבות פועל כמבנה אנטי רפלקטיבי, שמצמצם את איבוד האור ומגביר את יעילות ההארה. החוקרים יצרו דגם מלאכותי המשמש כעדשת תאורת LED. המבנה הננו-סטרוקטורלי, של פני השטח של עדשת ה LED שפותח בהשראת הגחלילית, להבדיל ממשטח בעל פני שטח חלקים, מגביר באופן משמעותי את מעבר האור הנראה בהשוואה לציפויים אנטירפלקטוריים רגילים.
מבנה ננו-סטרוקטורלי ייחודי של פני שטח בטבע בא לידי ביטוי בישומים רבים בתחומים שונים ומגוונים: פני השטח של עור הכריש ניחן ביכולות אנטיבקטריליות, המבנה הננו-סטרוקטורלי של כנפי פרפר המורפו המקנה צבעוניות מבנית מרהיבה, פני השטח של עלה הלוטוס המאפשרים יכולת ניקוי עצמית, פני השטח של קוטיקולת בטן הגחלילית מגביר את האור בצורה יעילה ועוד. חיקוי המבנים הננו-סטרוקטורלים מאפשר לא רק פיתוח יישומים חדשניים אלא גם יישומים סביבתיים בעלי יעילות רבה בניצול החומר או האנרגיה.

למידע נוסף

אנרגיה באופן טבעי

מאת: מאיה גבעון

עם תחזיות קטסטרופליות לשינויי אקלים קיצוניים ולהתחממות של למעלה מ-2 מעלות בטמפ' הממוצעת הגלובלית עד תום המאה, נעשה ברור מאוד שההתמכרות האנושית לאנרגיה המזהמת, שמקורה בדלקים פוסיליים מתכלים (נפט, פחם וגז טבעי), חייבת להיפסק. ברחבי העולם מושקעים תקציבים לא מבוטלים בפיתוח מקורות נקיים ומתחדשים, כדוגמת אנרגיה סולארית, הידראולית וגיאו-תרמית. אין ספק, שאם יש תחום שבו עלינו ללמוד – ומהר - מעולם הטבע, הרי שזה תחום האנרגיה. הן בפיתוח מקורות נקיים ומתחדשים, והן בהתייעלות בשימוש בהם.

להלן מספר דוגמאות לאורגניזמים שמהווים מקורות השראה לפיתוח טכנולוגיות בתחום:

אצת השור – קצירת אנרגיה מגלי הים

האצה BULL KELP (Nereocystis luetkeana) מגיעה לאורך של כשלושים מטר מהמשטח בקרקעית הים ועד קרוב לפני המים, ומייצרת לעצמה את האנרגיה בתהליך פוטוסינתזה, ככל הצמחים. בזכות מבנה, הכולל גבעול חזק וגמיש, "עלים" המותאמים לזרמים בעוצמה משתנה ומבנים מיוחדים מלאי גז, המשמשים כמצופים ושומרים על האצה זקופה וקרובה לפני המים, היא משגשגת באזורים נרחבים.
תנועת האצה עם גלי הים שימשה מקור השראה לחברת BioWave, המתמחה בקצירת אנרגיה מתנועת הגלים. החברה הקנדית פיתחה מערכת גמישה ומאורכת, המתאזנת על ידי יחידות מצופים שמחוברים לאורך "גבעול", דומה לאצה. כל יחידה של המערכת מייצרת 250 קילוואט לשעה של חשמל, מתנועת הגלים. בניגוד לאצה, בזמן שהים סוער במיוחד, יתמלאו המצופים המאזנים את ה"גבעול" המאורך במים, על מנת לגרום למערכת לשקוע לקרקעית ולשמר אותה בשלמותה, עד שהים יירגע שוב והיא תתפרש חזרה למלוא אורכה.


                               אצת השור. תמונה מאת EncycloPetey תחת CC       

חוכמת הים לטורבינות רוח יעילות יותר (לוויתן – ייעול טורבינות, להקות דגים – לסידור מערך טורבינות מיטבי)

חברת Whale Power הוקמה לטובת ייצור טורבינות רוח יעילות – כאלה המסוגלות להפיק אנרגיה גם בעוצמות רוח נמוכות יחסית. הפתרון ההנדסי נמצא בסנפירי לווייתנים גדלי סנפיר (humpback whales, Megaptera novaeangliae). נמצא כי בניגוד לתכנון הרווח, השפה המשוננת של סנפירי הצד של הלוויתן מפחיתה גרר (drag) באופן משמעותי, ומגבירה את יעילות התנועה. ומה שעובד בתוך המים – עובד גם באוויר. החברה מתמחה כיום בלהבים לטורבינות רוח ובמאווררי תקרה תעשייתיים, שמצליחים לייצר 25% יותר תנועת אוויר ממאווררים רגילים, תוך שימוש ב20% פחות אנרגיה.

טרמיטים – מופת לבקרה אקלימית פאסיבית

תילי הטרמיטים ((Macrotermes michaelsei המשמשים להם כקן, המתנוססים בנופים מדבריים למרחוק, מאכסנים מאות אלפי טרמיטים בכל אחד מהם – במבנה שהוא למעשה עיר זעירה. בזכות המבנה שלהם והאופן בו נמצאים הטרמיטים באינטראקציה עם סביבתם, הם מצליחים לשמור על טמפ' קבועה בתוך הקן ללא שימוש באנרגיה חיצונית או חומרים חיצוניים, פרט לאדמה שבה הם חפורים. בעוד שטמפ' הסביבה יכולה לנוע בין 40-1 מעלות צלסיוס, הקן ישמור על הטמפ' האופטימלית לגידול הפטרייה שמשמשת למאכל המושבה – 30.5 מעלות צלסיוס.
המעטפת העבה העשויה בוץ מוקשה, היא בעלת מסה תרמית מספקת לבודד ולמנוע שינויי טמפ' מהירים. בנוסף, תעלות אוויר צרות מתוך הקן במעלה התילים שמעליו יוצרות תנועת אוויר חם כלפי מעלה, בעוד שפתחים בבסיס המבנים מאפשרים לאוויר קריר יותר לחדור. כך נוצרת זרימה טבעית ומתמדת של אוויר רענן בתוך המחילות, גזים לא רצויים מאווררים, ונשמרת סביבה יציבה ואופטימלית.
עקרונות אלה יושמו גם במבנה מסחרי גדול בבירת זימבבואה, הררה, מבנה בשם איסט-גייט. המבנה נחנך כבר ב-1996, והוא הראשון המיישם עקרונות של קירור פאסיבי באופן מקיף, עד כדי כך שמערכות האקלים שבו עלתה עשירית בלבד מעלות מערכות קירור לבניינים רגילים, וצורכת 35% פחות מהאנרגיה הנצרכת בבניין רגיל בגודל זהה. וכבר עכשיו טוענים חוקרים – בשנים שעברו מאז נחנך הבניין, ההבנה של עקרונות הבנייה של הטרמיטים התרחבה, ויש תובנות חדשות שניתן ליישם ולהגיע למבנים חכמים וחסכוניים אף יותר.

למידע נוסף
אצת השור
טרמיטים

כליה ביונית?

מאת: אופיר מרום

המושג "ביוני" נטבע בשנת 1960 כתיאור ל"מדע של מערכות שיש להן פונקציה שהועתקה מהטבע" והווה ציון דרך חשוב בהתפתחות הדיון האקדמי בתחום הביומימיקה. כיום, רבות בזכות התרבות הפופולארית, המושג מקושר בעיקר לתיאור איברים מלאכותיים המאפשרים פעילות טבעית או על-טבעית של אברי גוף האדם. אומנם הנושא נשמע כמו משהו שנתקלים בו רק בספרי מדע בדיוני או בסרטים, אך ברחבי העולם עובדים חוקרים רבים במרץ כדי להפוך את הפנטזיה למציאות. כאלה הם החוקרים בפרויקט הכליה (The Kidney Project), עליו נרחיב בידיעה זאת.

מחלת כליות כרונית היא אחת המחלות השכיחות בעולם המערבי. בשלב מתקדם של המחלה מפסיקות הכליות לתפקד, רעלים מצטברים בגוף והחולה נמצא בסכנת חיים. הפתרונות היחידים למצב זה הם דיאליזה או השתלה כליה. טיפול דיאליזה מסנן את הדם מרעלים ביעילות יחסית אך, שלא כמו בתפקוד כליה נורמאלי, הדיאליזה אינה רציפה (לרוב ניתנת שלוש פעמים בשבוע למשך כמה שעות) וגם אינה מהווה תחליף לפעילות ההורמונאלית שמקורה בכליה. במהלך טיפול דיאליזה זורם הדם מחוץ לגוף החולה דרך פילטר בנפח גדול בתנאים לא פיזיולוגים של ספיקה ולחץ גבוהים.

למעגל הממתינים להשתלת כליה מצטרפים כל שנה מאות אלפי חולים בעולם, ועם כל חולה כזה מתגבר הצורך למצוא פתרון חדשני שיאפשר תחליף מלאכותי לכליה. פרופסור שיאבו רויי (Shuvo Roy) מהאוניברסיטה של קליפורניה בסן-פרנסיסקו, העומד בראש פרויקט הכליה, מקווה להביא את הבשורה בדמות כליה מלאכותית.

הכליות מטפלות בכל רגע נתון בכ 20% מספיקת הדם, בתהליך שמבוסס על עקרונות הנדסיים פשוטים של מפל לחצים, הפרשי ריכוזים ושילוב סוגים שונים של ממברנות. תכנון הכליה המלאכותית נעשה כך שיחקה ככל האפשר את פעולתה של הכליה האמיתית, והוא מתאפשר בזכות שילוב של כמה טכנולוגיות חדשניות. פעולת הסינון של הדם תיעשה על ידי ממברנות מיוחדות העשויות מסיליקון, שייוצרו בטכניקות מתקדמות המשמשות את תעשיית השבבים. החוקרים גילו שלא רק גודל החורים בממברנה חשוב, אלא גם צורתם. שלא כמו בפילטרים שמשמשים בדיאליזה, החללים בכליה הם יותר מלבניים, כמו מגרעות. התכנון המכאני של הכליה המלאכותית יהיה כזה, שלחץ הדם של החולה יספיק כדי לדחוף את הדם דרך הפילטרים, וימנע את הצורך במשאבה ובמקור כוח חיצוני. תסנין הדם יזרום דרך ביו-ראקטור שיכיל מצע של תאים, שיופקו מהכליה של החולה או של תורם. התאים יחושו את הרכב התסנין, וכפי שקורה בכליה רגילה, ייצרו משוב שיגרום לגוף לספוג חלק מהמלחים, מהסוכרים ומהמים ובכך לשמור על איזון. ההתקן כולו מתוכנן להיות בגודל של כוס, ולהיות בנוי מחומרים שלא יעודדו תגובה של המערכת החיסונית, בעיה נפוצה בהשתלות כליה. בזמן ההשתלה תחובר הכליה המלאכותית לשלפוחית השתן, ובכך תאפשר למושתל לחיות אורך חיים רגיל לאורך כל זמן פעולתה.

השנה הסתיים השלב הראשון בפרויקט והוכחה ההיתכנות של המערכת. כעת פועלים הצוותים על מזעור המערכת ועל הכנתה לקראת ניסויים קליניים, הצפויים להתחיל בשנת 2017. הפרויקט זכה להתעניינות רבה, לאחרונה קיבל מענק של כ-3 מיליון דולר מה-NIH ואף נבחר ע"י ה-FDA להשתלב בתוכנית ניסיונית של ליווי צמוד לתהליך הפיתוח, כדי לייעלו ולזרזו. אם הכול יתנהל כשורה, בעוד מספר שנים הכליה המלאכותית תהייה מוצר זמין לכל דורש, מוצר שיחולל לא פחות ממהפכה בעולם הרפואה. כל מי שמעוניין לעקוב אחר הפרויקט יוכל לעשות זאת באתר של הפרויקט, או בעמוד הפייסבוק שלו.

לאתר הפרוייקט

רשת עצבית מלאכותית

מאת: רעות מנשה

חשבו על כך רגע: לצורך ההתקדמות הטכנולוגית עצמה נדרשת טכנולוגיה. הטכנולוגיה מתקדמת בקצב מעריכי: בתחילה השינוי מתחיל לאט ובסופו מתקדם מהר מאוד. שתי האבולוציות, הביולוגית והטכנולוגית, שועטות באותו מסלול: התחלה איטית, המואצת בקצב גובר בשלב מסוים. יש המעריכים, כי אנו נמצאים ממש עכשיו בשלב ההאצה בעקומת ההתקדמות הטכנולוגית. היום מתרחשים מהפכים טכנולוגיים חשובים במהירות רבה יותר. האינטרנט הוא עלם בן עשרים ואילו מנועי החיפוש עוד לא בני מצוות.
טכנולוגיות המחשוב מתפתחות באותו מסלול צמיחה קצבי ומעריכי – על פי חוק מור, (שעקרון היסוד בו נקבע ב - 1965 על ידי גורדון מור, ממייסדי אינטל), חוק שקבע כי צפיפות הטרנזיסטורים במעגלים משולבים הכפילה את עצמה בכל 12 חודשים, דבר המשפיע על הכפלת הקיבולת והמהירות של המחשבים במחזוריות קבועה. באמצע שנות ה – 70 הכפיל מור את טענת עצמו פי שניים, וקבע כי מחזור ההכפלה יעמוד על 24 חודשים וכן הלאה וכן הלאה.

המוח האנושי
המוח מורכב מתאים. תאים אלה - תאי עצב, או נוירונים הקולטים את האות העצבי, מקושרים זה לזה באמצעות סינפסות. כל תא צובר קלטים דרך הסינפסות הרבות שבדנדריטים – ענפים המתפצלים ומעבירים את האות לתא הבא. די בתיאור זה כדי להניח שהמוח מורכב מתאים רבים, שכל אחד מהם קולט מסרים כלשהם מן התאים השכנים ברשת, ובהתאם למסרים אלה מפיק פלט הנקלט בתאים הקשורים לו, וכל זה על בסיס פעילות חשמלית המתקיימת בתאים.

איך פועל מיקרו-מעבד
המחשבים שאנחנו מכירים היום הם פרי פיתוח חדש יחסית (החל בשנות ה – 70 המוקדמות על ידי אינטל). לפני כן, נעשה שימוש במחשבים שתפסו נפח רב, ולא התאימו לייצור המוני. המזעור, ויכולת היצור ההמוני של המכשירים האלקטרוניים הנפוצים היום, קיימים תודות לפיתוח המיקרו-מעבדים (למרות שעדיין נהוג להשתמש במונח מעבד), אותם מעבדים המורכבים מצ'יפים (מעגלים חשמליים המכונים ג'וקים, שגודלם מיקרומטר או ננומטר בלבד, ואשר מכילים בתוכם רכיבים אלקטרוניים רבים המבוססים על חומרים מוליכים למחצה), תרמו להתפתחות המזעור האלקטרוני שהתחיל בשנות ה - 60 עם הופעת הטרנזיסטור. יתרונותיהם המיקרו-מעבדים רבים: הם בעלי מימדים קטנים, יעילים מאוד וניתנים לייצור המוני. היום חדרו השבבים (צ'יפים) לכל תחומי חיינו.
העצמים המכונים "תאי מוח" נקראים "נוירונים" בקרב הביולוגים. מדובר בתאים מהם מורכבת מערכת העצבים שלנו, ויש כמאה מיליארד מהם אצל אדם ממוצע. כל אחד מהנוירונים התפתח להיות מעבד אלקטרוני.

אז מה עומד בינינו לבין מחשב אנושי?
שני חסמים עיקריים עומדים כיום בפני המשך פיתוח המיקרו-מעבדים, והם מאטים את ההאצה הטכנולוגית:
• צפיפות אנרגטית גבוהה
• השתהות במסירת תקשורות
המחשב המהיר בעולם נבנה על ידי חברת Fujitsu, נמצא ביפן, הוא בעל קיבולת של 8 פטאפלופס וצורך למעלה מ – 12 מגה וואט של חשמל – תצרוכת המספיקה לכ – 10,000 משקי בית מודרניים. ככל שהטכנולוגיה מאיצה את מהירותה, משימות עיבוד הצ'יפים מסתיימות בזמן קצר יותר ויותר, זמני ההשתהות בעת התמסורות בין המעבדים או בין הזכרון למעבד משתהים ובעצם מעכבים.
לעומתו, מציגה ארכיטקטורת המוח האנושי יעילות מדהימה. בהשוואה למוח אנושי, המחשבים של היום הם לגמרי חסרי יעילות וזללני אנרגיה. המחשב המתקדם ביותר בעולם שנבנה - איך לא - על ידי האדם, מבצע מספר מסוים של פעולות מחשוב עבור כל יחידת אנרגיה, המהווה 0.0.1%~ מיכולת המוח האנושי לביצוע אותה פעולה. חוסר יעילות זה נמדד בתלות של המעבדים במיזוג האוויר הנדרש כדי לקררם, וזאת עקב החום הרב שנוצר.
בפרויקט ה – Aquasar אשר משתמשים ביכולותיו ב – ETH שבציריך, נעשה שימוש במוליכי למחצה אשר קירורם מבוסס על מים, קירור יעיל פי 4000 מאשר מערכות מיזוג האוויר בהם משתמשים כיום. בעצם, מתבצע שימוש בערוצים מיקרופלואידיים על מנת להעביר את החום. עצם השימוש במיקרו צ'יפים מוליכים למחצה מבטיח את פיזור האנרגיה ומגדיל אותה.
דוגמא נוספת היא הגורם הנוסף לחוסר היעילות האנרגתית במעבדים: אובדן האנרגיה במהלך שליחתו לצ'יפ הנדרש. מספר הפינים המוקדשים לאנרגיה בצ'יפ עולה בהרבה על מספר הפינים המוקדשים בו ליחידות הקלט והפלט. בעיה זו נובעת מבעיית המוליכים החשמליים, שהאנרגיה להחלפתם גדולה מאוד.
בעיה זו, ובעיות אלקטרוניות ופיזיקאליות נוספות מצאו פתרון ועוצבו לפי דגם מוח של יונק – השימוש באמצעי קירור נוזליים כאמצעים לשליחת האנרגיה בין הצ'יפים, בדרך היעילה ביותר. השימוש בנוזל לצורך קירור מערך העיבוד יאפשר גידול משמעותי ביכולת הצפיפות: החיסכון בחלל יאפשר ארכיטקטורות צפופות יותר, שלא לדבר על הירידה החדה בדרישות האנרגיה, ועל השיפור בזמני האחזור. וכל זאת בהתבסס על השראה ממוחו של יונק.
חוקרים ממעבדות המחקר של IBM הודיעו כי הצליחו לבנות סימולציה ממוחשבת של קליפת מוח של חתול. החוקרים בנו מערך מחשוב המורכב מכ – 150 אלף מעבדים וכ – 144 טרה-בייט של זיכרון פנימי, המיועדים לדמות את האינטראקציה של נוירונים בקליפת המוח. הפרויקט נחשב צעד משמעותי, המדמה מוח המורכב ממילארד נוירונים או תאי מוח, ועשרה טרילון סינספסות או קישורים בין תאי המוח.
אם מהירויות ויכולות המעבדים ימשיכו להתקדם כצפוי על פי חוק מור, ולהכפיל את עצמם בכל – 24 חודשים, לא רחוק היום (סוף העשור הנוכחי) בו נוכל לרכוש בכספנו ולהציב על שולחן ביתנו מחשב המדמה דימוי מלא של קליפת המוח האנושי.

למידע נוסף