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 אוגוסט 2013


קוראים יקרים שלום,

תחום הביומימיקרי מזוהה כמקור לחדשנות טכנולוגית סביבתית. חדשנות זו עשויה להיות פורצת דרך, ואף להשפיע על הדרך בה ייראה עולמנו בעתיד. החודש בחרנו להרחיב על חשיבה ביומימטית בעולם ההדפסה התלת ממדית, שעשויה לתרום לעיצוב עתידנו בדמותו של הטבע.

תחום הביומימיקרי נושק לתחומים רבים. רב תחומיות זו באה לידי ביטוי בתערוכה ALIVE המוצגת בימים אלה בפריס, וכוללת מגוון פרויקטים בהשראת הטבע, מפתרונות פוטנציאליים לעיצוב מקיים, ועד יצירות אומנות פואטיות ופרובוקטיביות.

באקדמיה הישראלית אנו מזהים התעוררות וענין בתחום הביומימיקרי בדמות קורסים ופרוייקטים חדשניים המוצעים לסטודנטים בישראל. החודש נרחיב על "הסט הקיסרי", עבודת גמר ביומימטית במסלול עיצוב תעשייתי באוניברסיטת אריאל.

לסיום, נתרענן במי האוקיינוס ונדווח על רכיכה אחת ייחודית ,בעלת קונכייה מצופה חלקיקי ברזל, המהווה השראה לבניית שריון טוב יותר לחיילים ולכלי רכב.

קריאה מהנה ומעשירה.

בברכת שנה טובה ומלאה בהשראה מהטבע,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

ביומימיקרי והדפסה תלת ממדית

מאת: יעל הלפמן כהן

פיתוח טכנולוגיית ההדפסה התלת ממדית תוך חיקוי עקרונות הפעולה של מערכת אקולוגית, יכולה לקדם טכנולוגיה מקיימת, יעילה ובטוחה יותר.
הדפסה תלת ממדית זוהתה לא מכבר כטכנולוגיה פורצת דרך, שעשויה לשנות את עולמנו. דגמים רפואיים, אקדח עובד ואפילו פיצה ברת אכילה הן חלק מהיכולות שמדגימה טכנולוגיה זו. עם ירידת המחיר של טכנולוגיה זו, היא הופכת נגישה גם להמונים.
בעתיד תהיה הטכנולוגיה של הדפסה תלת ממדית נגישה לכול, וכל צרכן יוכל גם להפוך ליצרן. בהתחלה נדפיס צעצועים ובהמשך נוכל להדפיס אפילו מוצרי צריכה שונים. דברים קטנים נוכל להדפיס בביתנו, ודברים גדולים יותר - אולי בחנות שכונתית.
ההזדמנות כמובן גדולה. ייצור מקומי וביתי יוכל להחליף מפעלים גדולים ומזהמים, אך לצד הבטחה זו לשינוי עתידנו קיימים גם סיכונים רבים. המדפסות התלת ממדיות מבוססות כיום על סדרה של פולימרים רעילים ועל מתכות רעילות. אנשים שישתמשו במדפסות אלה בבתיהם עלולים לשאוף את הגזים הרעילים. כיצד נוכל למצוא חלופות שיוכלו להתפרק בסוף חיי המוצר המודפס, להיות בטוחות וגם לחזור למאגר החומרים בטבע?
ג'נין בניוס, מייסדת המכון האמריקאי לביומימיקרי, זיהתה פוטנציאל רב לשיפור טכנולוגיית ההדפסה התלת ממדית, באמצעות חיקוי תהליכים טבעיים במערכות אקולוגיות. הטבע יוצר שונות ממגוון מצומצם יחסית של חומרים, כאשר המבנה הפנימי של ארגון החומרים הוא זה שמייצר מגוון רחב של צורות, צבעים ופונקציות. הכימיה בתהליכים טבעיים אלה ידידותית, מבוססת מים ואינה רעילה. מדפסות תלת ממדיות יכולות להצטיין, כמו בטבע, בבניית מבנים מורכבים מחומרים פשוטים, בתהליך תוספתי של בניה "מלמטה", כלומר בנייה מאבני בנין בסיסיות. רוב המוצרים שבהם אנחנו משתמשים נוצרו בכבשנים תעשייתיים, ועם מגוון רעלנים.  יצרנים תעשייתיים מייצרים בתהליך גריעה, המייצר אשפה (כמו בתהליכי גזירה ועיבוד שבבי), ואילו עלה אמיתי, למשל, לא נחתך מגליל של חומר ירוק. בסוף חיי המוצר התעשייתי לא תמיד יש חזרה של מרכיביו למעגלי החומר בטבע או בתעשייה. חשוב שהמוצרים המודפסים ישובו בסוף חייהם למעגלי החומר, בהתאם לגישת מ"עריסה לעריסה".
 
 
סמל ארגון הביומימיקרי הישראלי. הודפס במדפסת תלת ממד באדיבות ליברוס עיצוב ופיתוח
 
מאמצים לפיתוח פתרונות, תשתיות וחומרים לקידום השינוי הנדרש בטכנולוגיית ההדפסה התלת הממדית כבר החלו. מדפסות תלת ממד המשתמשות בפולימרים מתכלים מבוססי תירס                      (polylactic acid) כבר קיימות, אך לגידול התירס עצמו עדיין דרושים משאבים ודשנים. עדיף כמובן להשתמש בחומרים ממוחזרים קיימים, רצוי מקומיים, או לנהוג כצמחים ולהשתמש בעודפי הפחמן הדו חמצני לייצור הפולימרים. באוניברסיטת קליפורניה בוחנים כעת מדענים את האפשרות להשתמש בנסורת כחומר גלם לתעשיית ההדפסה. נבחנים גם רעיונות אחרים, כמו שימוש בנוצות של עופות או בפסולת מתהליכי עיבוד מזון למטרה זו.  
הטכנולוגיה לייצור אבני בנין פשוטות, המחקות את אבני הבניין של הטבע, להדפסה התלת ממדית עוד לא קיימת, אך ברור כי ארגון והתאמה של יכולות ההדפסה בהתאם לעקרונות הטבע לא רק יוביל לתוצר יותר מקיים, אלא יביא גם לתוצר יעיל יותר ובעלות נמוכה יותר למשתמש.
דיאלוג פתוח בין מעצבים, מהנדסים, מדענים ויזמים יוכל לקדם את הפתרון הנדרש ולממש את ההזדמנות לעצב את עתידנו בדמותו של הטבע.

תערוכת ALIVE

מאת: מאיה גבעון

החיפוש אחרי ערוצים חדשים לעיצוב אקולוגי (אקו-דיזיין) עומד במרכז תערוכת EN VIE- ALIVE המתקיימת בימים אלה בפריז. החיבורים האפשריים בין הסינתטי לטבעי – שני מסלולי עיצוב וייצור מנוגדים, המתפתחים באופן מואץ ומקביל - יוצרים שלל אפשרויות, ובאים לידי ביטוי במגוון פרויקטים שמוצגים בתערוכה, מפתרונות פוטנציאליים לעיצוב מקיים, ועד יצירות אומנות פואטיות ופרובוקטיביות.
בתערוכה מוצגים 34 פרויקטים של יוצרים מתחומים שונים: מעצבים, ארכיטקטים, ואמנים היוצרים בעבודותיהם עולם היברידי: סינתטי-טבעי. בסקאלה שבין השראה מ"הטבע הטבעי", לבין עולם שבו צמחים ויצורים חיים מתוכנתים גנטית לייצר מוצרי צריכה יומיומיים עבורנו, משויכים האמנים לאחת מחמש קבוצות שונות:
1.      הפלאגיאריסטים ((The Plagiarists– אמנים השואבים את השראתם מן הטבע, ומשתמשים בו כמודל לפיתוחים – ביומימיקרי קלאסי.
2.      בעלי המלאכה החדשים (The New Artisans) – הטבע כיוצר שותף – אמנים אלה "משתפים פעולה" עם פטריות, עם דבורים, ועם צמחים ואצות, כדי ליצור. התהליך דומה יותר לגינון ולטיפוח מאשר לייצור תעשייתי.
3.      הביו-האקרים (The Bio-Hackers)- טבע מתוכנת, סינתטי – ד.נ.א ובקטריות הם כלי העבודה של אמנים אלה, העובדים בשיתוף מומחים לביולוגיה סינתטית, ויוצרים אפשרויות חדשות לעתיד סינתטי-טבעי: אורגניזמים שמתוכנתים מחדש ליצור חומרים ומוצרים לשימוש יום-יומי.
4.      האלכימאים החדשים (The New Alchemists) –טבע היברידי - בתחום זה בוחנים המציגים אפשרויות שילוב של ביולוגיה, כימיה, רובוטיקה, וננוטכנולוגיה: הם יוצרים טכנולוגיה עתידנית, המשלבת חי וטכנולוגי.
5.      סוכנים נועזים The Agents Provocateurs)) –טבע קונספטואלי, דמיוני - קבוצה זו של אמנים חוקרת אפשרויות נועזות לעתיד יוצא דופן, במטרה לעורר מחשבה ושאלות על הסוגיות האתיות שמתעוררות בחיבור בין חי ל-לא חי, בתכנות מחודש של הטבע , גם אם למטרת ייצור מוצרים "מקיימים".
 
 

                                   חיקוי מטבוליזם טבעי- "אדמה זוהרת"- מאת Philip Beesley      
             PBAI©                      

הסט הקיסרי

מאת: אורנה סין הרשקו *
 
מערכת תה בהשראת הפינגווין הקיסרי - מזיגה בהשראת הטבע
פרויקט הגמר של תכנית הלימודים, מהווה סיכום של לימודי  המסלול להנדסאי עיצוב תעשייתי. הפרויקט שם דגש על תהליכי מחקר, על בניית קונספט ועל פיתוח רעיון. הפרויקט הוא אישי, ובמסגרתו בחרתי לעסוק במערכת כלים לשתיית תה.
את הפרויקט הגדרתי כמערכת כלים לשתיית תה במטרה להעניק למשתמש בה חוויה חברתית ומשפחתית, ולהחזיר את זמן האיכות המשפחתי לשגרה.
מקור ההשראה שלי הוא הפינגווין מזן קיסרי. בחרתי בו בגלל הקשר החם שלו למשפחתו, המסירות והדאגה של הפיגווין בגידול הצאצאים, ובגלל שזיהיתי קשר רעיוני בינו ובין הפרויקט. הפינגווין הקיסרי הוא יצור משפחתי, בני הזוג הקיסריים חיים את כל חייהם יחד. ההורים הפינגווינים מסורים ביותר. בעונת הקינון, לאחר שהנקבה מטילה את הביצה, דוגר עליה הזכר בזמן שהיא יוצאת לחפש מזון בים. לאחר שיבקע הגוזל מהביצה הוא יתחמם על רגליי האב והאם לסירוגין, עד שיגדל ויוכל להתרגל לקור הקרח המקפיא ברגליו.

 המחקר על דרך האכלת הפינגווין ע"י הוריו, ועל הדרך בה הם שומרים עליו בין רגליהם ומסורים לו התחבר לקנקן ולכוסות בדרך מזיגת המים. כדי לאכול על הגוזל להכניס את מקורו לתוך מקור הוריו ולהוציא את מזונו משם. בעצם, רק בדרך השיתוף - כשהוא ירצה לקבל והוריו ירצו לתת - יקבל  הפינגווין הצעיר את מזונו. כך, גם בקנקן ובכוסות, רק ברגע בו הם יתחברו ויגעו אחד בשני יישפכו המים לכוס. וכמו שגוזל הפינגווין אינו יכול להתקיים ללא דאגת הוריו וללא עמידה על רגליהם כך גם בסט. לקנקן אין משטח ישר בתחתית והוא אינו יכול לעמוד בלי הבסיס שלו - המגש.
בהמשך למקור ההשראה, ובגלל תרומתו הגדולה לפרויקט, נקראת מערכת הכלים "הסט הקיסרי", לפי שמו של זן הפינגווין.
החדשנות שמביאה אתה מערכת הכלים בחיבור, בקרבה ובאינטראקציה המתרחשת בין הכלים, מביאה את המשתמש לחוויה של רוגע סביב השולחן ביחד עם המשפחה. יתרונותיו של הסט הקיסרי, מעבר לפונקציונאליות שבו, הוא הצורה בה הוא מעביר מסר - חשיבות ישיבת המשפחה ביחד.
לרוב, את מקורות ההשראה שלי אני בוחרת מן הטבע,  אך בשונה משאר עבודותיי בסט הקיסרי מקור ההשראה תרם רבות לא רק מבחינה צורנית, אלא גם מבחינה רעיונית. עלינו ללמוד מן הטבע ככל שאנו יכולים. הטבע מעודד חשיבה יצירתית ופותח פתח לעיצובים חדשים.

* אורנה סין הרשקו היא בוגרת המחלקה להנדסאי עיצוב תעשייתי, המרכז לעיצוב ולטכנולוגיה אריאל. הפרוייקט בוצע בהנחיית המעצבת אפרת פרידנזון.
 

השריון עם חלקיקי הברזל


מאת: אופיר מרום
רכיכה אחת ייחודית ממעמקי האוקיינוס, בעלת קונכייה מצופה חלקיקי ברזל, מהווה השראה לבניית שריון טוב יותר לחיילים ולכלי רכב.

קונכייה של חילזון אולי לא נשמעת כמו מקור ההשראה האידיאלי עבור מערכת הביטחון, אבל החילזון מסוג scaly-foot gastropod אינו חלזון רגיל. החילזון התגלה רק בשנת 2001 בקרבת נביעות הידרו- טרמיות, על קרקעיתו של האוקיינוס ההודי, כ- 2,420 מטר מתחת לפני הים. בסביבתו הטבעית, ליד פתחים וולקניים תת-ימיים, מתמודד החילזון עם טמפרטורות גבוהות, עם שינויים מהירים בטמפרטורה, עם חומציות גבוהה ועם התקפות של טורפים כדוגמת סרטנים, המנסים למחוץ אותו בצבתותיהם, במידת צורך - לאורך ימים, עד שיישבר.                                              


 
                                 Anders Warén, Swedish Museum of Natural History
       
חוקרים מ-MIT שבחנו את שריונו של החילזון (הקונכייה), מצאו כי הוא מורכב משלוש שכבות שונות, שכל אחת מהן תורמת באופן שונה ליעילותו. השכבה החיצונית מכילה חלקיקי ברזל גופרתי (Fe3S4) שמקורם בנביעות ההידרו-טרמיות. עד כה, חילזון זה הוא בעל החיים המוכר היחיד שחומר זה נמצא  במבנה שלו. בזמן פגיעה, כפי שקורה במהלך מתקפה של טורפים מזדמנים, נסדקת השכבה החיצונית של השריון בסדקים זעירים, המתפשטים סביב חלקיקי הברזל הגופריתי שמוטמעים בו. באופן זה מובטח שלא ייווצרו סדקים גדולים יותר במעטפת, אשר עלולים לזרז את קריסתה. השכבה השנייה, עבה יותר, עשויה חומר אורגני במבנה ספוגי. החוקרים מאמינים שתפקידה לספוג את האנרגיה המכנית בזמן מתקפה ולשמור על השכבה התחתונה והשברירית של השריון מלהיסדק. זוהי פונקציה קריטית, מכיוון שהמים החומציים עלולים לחלחל לשכבה הפנימית הבנויה מקלציום קרבונט, להמיס אותה במהירות בנקודות השבר ובכך יגרמו לשברים קטנים לגדול ולהגיע לגוף החילזון.

כמו חלזונות, גם גוף האדם שואף, באופן טבעי, לספוג את אנרגיית הפגיעה בשכבות החיצוניות שלו בלבד. החוקרים (במחקר שממומן בחלקו ע"י צבא ארה"ב) מקווים ליישם את התובנות מן המחקר במגוון רחב של שימושים כגון שריון גוף, קסדות ואף ככיסוי לצינורות ארקטיים שנפגעים באופן קבוע ע"י קרחונים.
הדוגמא הזו ממחישה פעם נוספת, את התועלת שאנחנו יכולים להפיק מלמידה של האורגניזמים סביבנו, ובפרט של אלה שהסתגלו לסביבת מחיה מאתגרת כמו זו של החילזון.