חדש(נ)ות מהטבע אוקטובר 2014

קוראים יקרים שלום,

בשבוע שעבר, כ-150 מהנדסים, מדענים, אנשי אקדמיה ותעשיינים, השתתפו בכנס הראשון לביומימיקרי- אקדמיה ותעשייה. הכנס התקיים באחד מבנייני חברת "מייקרוסופט'' בהרצליה פיתוח, ואורגן על-ידי לשכת המהנדסים והאדריכלים וארגון ביומימיקרי ישראל בשיתוף המעבדה לביומימיקרי בבית הספר ללימודי הסביבה ע''ש פורטר, אוניברסיטת תל-אביב. היו הרצאות מרתקות, קהל מגוון ואולם מלא מפה  לפה.
לכל מי שהגיע - תודה!

ומה החודש? לרצות ולרצים שביניכם נתאר נעליים יחודיות בהשראת כפות הרגליים של חתולי בר, לנהגים שביניכם נספר שחתולי בר היוו גם מקור להשראה לצמיגים חדשים. עוד נספר על פיתוח רובוט בהשראת הזבוב על ידי תלמיד כיתה ט'. ולמי שפספס - סיכום הכנס מובא גם הוא בגיליון זה. נסיים עם סיפורה של חברת Betterair הישראלית שפיתחה טכנולוגיה חדשנית שתאפשר לכולנו לנשום אוויר נקי ובטוח, טכנולוגיה המבוססת על חקר תהליכים ביולוגים של חיידקים.  
 

בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

ביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה – סיכום הכנס

מאת: אלי תבור ויעל הלפמן כהן

כ-150 מהנדסים, מדענים, אנשי אקדמיה ותעשיינים, השתתפו בכנס הראשון לביומימיקרי- אקדמיה ותעשייה, שהתקיים ב-22 באוקטובר, באחד מבנייני חברת "מייקרוסופט'' בהרצליה פיתוח, ואורגן על-ידי לשכת המהנדסים והאדריכלים וארגון ביומימיקרי ישראל בשיתוף המעבדה לביומימיקרי בבית הספר ללימודי הסביבה ע''ש פורטר, אוניברסיטת תל-אביב. בכנס הוצג נושא הביומימיקרי בהרחבה על-ידי 11 מרצים, במטרה לקדם סקרנות, שיח ושיתופי פעולה מחקריים ויישומיים בין ביולוגים ומהנדסים.

הכנס נפתח בהרצאה של יעל הלפמן כהן, מייסדת-שותפה ומנכ"לית ארגון הביומימיקרי הישראלי,  "ביומימיקרי כמנוע חדשנות". ההרצאה עסקה במאפייני החדשנות של התחום ובפערים שיש להשלים על מנת לממש את פוטנציאל החדשנות הביומימטית.

המושב הראשון של הכנס, "ביומימקרי באקדמיה: אנרגיה, חומר והנדסה", נפתח בהרצאתו של ד"ר מריאן פלוטקין, פוסט דוקטורנט בטכניון בקבוצתו של פרופ' חוסאם חאיק, בנושא "קציר אנרגיה סולארית בשלד החיצוני של הצרעה המזרחית''. כשנחקרו פני השטח והצבעים של שלד הצרעה נמצאו בהם תכונות מיוחדות של לכידת אור, לרבות פיגמנט המאפשר  המרת אור לחשמל. הישימות האפשרית של מחקר זה היא האפשרות לפיתוח מבנים ננומטריים, שיבצעו מניפולציה של האור. המושב המשיך עם הרצאתו של ד"ר היתם קאסם, ראש המעבדה לטריבולוגיה במכון המתכות בטכניון, אודות שיטה חדשה ליצור משטחים עם מיקרו מבנים היררכיים, שמחקים את מנגנון ההצמדה של שממית. המשטחים מסוגלים לייצר כוח חיכוך של כמה עשרות פעמים מן העומס הנורמאלי. טכנולוגיה זו מהווה צעד חשוב בדרך לפתרון בעיות של מתקני חיבור הפיכים ומהירים. המושב הסתיים עם הרצאתו של פרופ' אמיר איילי, ראש המחלקה לזואולוגיה באוניברסיטת תל-אביב, בנושא שיתוף פעולה ביולוגי הנדסי בהשראת חגב הארבה. חגבי הארבה מעופפים בסביבה מורכבת ,מהווים מודל לתנועה נחילית ומקור השראה לפיתוח נחילי רובוטים למטרות שימושיות, כמו פינוי מוקשים, חיפוש והצלה, ניקוי מזהמים ועוד.

המושב השני של הכנס, "ביומימיקרי באקדמיה - תנועה ורובוטיקה", נפתח בהרצאתו של
פרופ' בנימין הוכנר, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון למדעי החיים של האוניברסיטה העברית בירושלים, "מה שניתן ללמוד מהתמנון על תכנון רובוטים גמישים". התמנון הוא הדוגמה הטובה ביותר בטבע לתנועה של זרועות ארוכות וגמישות, שאינן מסתבכות זו בזו תוך כדי תנועה. מחקרים שבוצעו על התמנון העלו שהתמנון התגבר על אתגרים הקשורים על שליטה בזרועותיו באמצעות אימוץ אסטרטגיות ייחודיות, המאפשרות אינטראקציה מוצלחת בין המוח, הגוף והסביבה.  בהמשך, הרצה פרופ' מחקר אמריטוס דניאל וייס, מהמחלקה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל, על מחקרים אודות תעופת ציפורים (שקנאים, לדוגמה) ושחיית בעלי חיים, מחקרים שהעניקו השראה לשיפורים בכלי טיס ובטיסות מבנה בגבהים נמוכים.
על השראה ביומימטית מהים, בדגש על חיקוי פעילות שוניות אלמוגים, הרצה פרופ' יהודה בניהו, פרופסור לביולוגיה ימית, מהמחלקה לזואולוגיה, אוניברסיטת תל-אביב. עיקר הרצאתו עסקה בתגלית שגילה במעבדתו הקשורה לסיבי קולגן ייחודיים שנמצאו באלמוג הבצקנית, אלמוג רך, דמוי פטריה, בקוטר עשרות ס''מ, השוכן בשוניות טרופיות, כולל באילת. נמצא כי סיבים אלסטיים אלה, הניתנים למתיחה, עשויים מקולגן ייחודי מבחינה ביומכנית, הם בעלי אלסטיות וחוזק גבוהים, ברמה הגבוהה ביותר בעולם החי. הפוטנציאל העתידי של קולגן זה הוא בתחום האורתופדיה, השתלת רקמות בגוף האדם, וייצור כלי דם מלאכותיים.
הרצאתו של פרופ' יורם רייך, מבית הספר להנדסה מכאנית באוניברסיטת תל-אביב, שסיימה מושב זה, עסקה בצורה שבה יאפשר הביומימיקרי לפתור בעיות קשות ללא פשרות, על מנת שיוכל להיות בסיס להנדסה, לארגונים ולשיטות. הוא הציג דוגמאות מהטבע להשגת מטרות בצורה היעילה, המהירה והפשוטה ביותר, שהמוטו המונח בבסיסן הוא - הגורם שיצר את הבעיה הוא גם שיפתור אותה!
המושב השליש והמסיים של כנס ה"ביומימיקרי בתעשייה" הוקדש להצגת יישומים ביומימטיים שכבר משווקים בצורה מסחרית.
ד''ר דפנה חיים לנגפורד, יו''ר ארגון הביומימיקרי הישראלי סקרה יישומים ביומימטיים נבחרים המיושמים בתחום הרפואה בישראל ובחו''ל, לרבות פיתוח יפני של זריקה שאינה מכאיבה, המבוססת על חיקוי חדק יניקת הדם של היתושה, חוטי תפירה כירורגיים בהשראת קוץ הדורבן, ותוסף סידן אמורפי ייחודי בהשראת הסרטן הכחול.
בהמשך, הציג ד''ר אמיר תורן, מנכ''ל חברת "סטארלט דרמה" הישראלית, את מערכת ה- InoCyte - מערכת מיקרו מזרקים בגודל של מיקרון המבוססים על מנגנוני הצריבה של שושנת הים. חיקוי מנגנון זה של שושנת הים יצר פלטפורמה חדשנית להחדרה תת-עורית של חומרים פעילים, כמו מוצרים רפואיים וקוסמטיים. 
חתמה את הכנס הרצאתה של הגב' תות שני, נציגת חברת Festo "פסטו" הגרמנית בישראל. "פסטו" היא חברה בינלאומית, ספקית מובילה של טכנולוגיות אוטומציה המבוססות, רובן ככולן, על חדשנות ביומימטית. בשנת 2006 הקימה החברה מחלקה ביונית, שהיא רשת למידה ביונית, החוקרת אורגניזמים ומטמיעה את מסקנות מחקריה במוצרים הטכנולוגיים של החברה. קבוצה ביונית זו מהווה מודל להחדרה של מתודולגיות ביומימטיות לפעילות המו''פ השוטפת של חברה עסקית.

הכנס נע במרחב שבין הביולוגיה להנדסה ובין האקדמיה לתעשייה. אלה החומרים שמרכיבים את החדשנות הביומימטית. בסופו של יום, החזון הוא לראות תעשייה ביומימטית בישראל. למדינת ישראל יש את כל החוזקות הנדרשות להוביל את גל החדשנות הזה גם ברמה העולמית: ידע ביולוגי-מדעי נרחב, הנדסה חזקה ורוח יזמית.

רובוטים מעופפים בהשראת זבוב הפירות

מאת: אופיר מרום

האם ניסיתם פעם לתפוס זבוב? נער צעיר מארה"ב בנה רובוט מעופף שיודע לברוח כמו זבוב.   

תחום הרובוטים המעופפים מתפתח במהירות. יותר ויותר סוגים של רובוטים כאלה משתלבים בחיינו לשימושים שונים. הרובוטים, שמרחפים במרחב באופן אוטונומי, צריכים להיות מסוגלים להתמודד עם תנאי סביבה משתנים שלא ניתן לצפות אותם מראש, ולהגיב במהירות לאיומים העלולים לפגוע בהם פיזית. לדוגמא, רובוט שמאתר ניצולים בתוך מבנים שקרסו צריך להתמודד עם קירות נופלים, שמשנים את מרחב הפעולה ואף עלולים לפגוע בו פיזית ולהשביתו.

מוהיר גרימלה, תלמיד כיתה ט', חובב רובוטיקה ומחשבים מארה"ב, בחר להתמודד בדיוק עם האתגר הזה. מוהיר לקח חלק בתחרות "יריד המדע" שעורכת מדי שנה חברת גוגל. זוהי תחרות לבני נוער מכל העולם, בה הם חוקרים במגוון תחומים כמו חקלאות, מדעי החיים רפואה ועוד ומפתחים פתרונות לבעיות אמתיות. למרות גילו הצעיר, למוהיר גרימלה רקורד מרשים בתחום המחקר והפיתוח. הוא זכה במספר תחרויות מדע שונות, ואף נפגש עם הנשיא אובמה בזכות הישגיו הרבים.

מוהיר החליט לפתח רובוט המסוגל להתחמק מאיומים ובחר בזבוב הפירות כמקור להשראה. לדבריו הבחירה בזבוב כמודל נבעה בעיקר מהעובדה שהוא יודע להתחמק במהירות וביעילות ממקום שהוא מזהה כמסוכן. למעשה, בריחת זבוב הפירות אורכת רק כ-288 אלפיות שנייה, פחות ממשך מצמוץ העין אנושית. בנוסף, זבוב הפירות עושה זאת עם מערכת ראיה הבסיסית ביותר, השווה ברזולוציה שלה למצלמה של  X2626 פיקסלים ,ומוח פשוט הבנוי מ 100,000 תאי עצב בלבד ( כמיליונית מהמורכבות של המוח האנושי). עבור הישגיו בפרויקט זה זכה מוהיר בפרס הראשון לגילאי 13-14. 

המחקר התחלק לשני שלבים. בשלב הראשון נבנה מערך סנסורים, שיוכלו לזהות איום מתקרב. מוהיר בחר להשתמש בחיישני מרחק פשוטים הפועלים בשיטת אינפרא אדום. הוא בחר בחיישנים אלה בשל משקלם הנמוך, ולאחר שהסתבר שאפילו המצלמה הפשוטה ביותר שקיימת היום בשוק מספקת כמות מידע גדולה בהשוואה למערכת הראיה הבסיסית של הזבוב. החיישנים שנבחרו הורכבו על פלטפורמה של רובוט מעופף, בעל רוטור של ארבעה להבים. בשלב השני, נכתב האלגוריתם לפיו פועל הרובוט-זבוב לאחר שהחיישנים מזהים איום. האלגוריתם מתבסס על מחקרים, שמצאו שזבוב הפירות נוקט במספר פעולות אופייניות במהלך הבריחה שלו. מוהיר חיבר את כל חלקי הרובוט ובנה אבטיפוס, אותו בחן בסלון של הוריו, כשהוא רץ אחריו ומנסה לחבוט בו בלוח עץ. הרובוט-זבוב החדש התנהג דומה מאוד לזבוב פירות אמתי, וברח מכל הניסיונות ב-100% הצלחה.

גם בארץ מתקיימת תכנית חינוכית בנושא ביומימיקרי לתלמידי בית ספר יסודי , בכיתות ד-ו. במסגרת התוכנית נחשפים התלמידים לתחום, לומדים ומתרגלים את צורת החשיבה הביומימטית ואת הכלים הנדרשים לפיתוח חדשנות ביומימטית. הם חוקרים תופעות ותהליכים בטבע, מציעים פתרונות ובונים מודלים. התכנית מסתיימת מדי שנה בכנס חגיגי ברמת הנדיב, בהצגת הדגמים והפיתוחים שהושגו במהלך השנה בהשראת הטבע.

התוכנית פתוחה לבתי ספר יסודיים ואנו מזמינים בתי ספר נוספים להתמודד עם אתגרים בתחום זה.

לפרטים נוספים אודות התוכנית:  Info@biomimicry.org.il
מקור הידיעה

חתול בנעליים, צמיגים וערמונים או - לכל הרצות והרצים... Cat’s paw

מאת: שמעון בוגן

א. ריצה. 

אתלטים במקצועות הריצה שואפים לרוץ מהר יותר במאמץ קטן יותר. אחרי הרצון, הכישרון, האימונים והכושר הגורם הבא ברשימה הן הנעליים. יצרנים של נעלי ריצה אינם חוסכים בפיתוח ובניסוי של דגמים חדשים כדי לשפר את הישגי הרצים וכדי לבסס את המותג שלהם בשוק התחרותי.

אלה מתקנאים ביכולות הריצה המדהימות של כל אותם חתולי הבר, ואלה נענים ובוחנים מקרוב את המאפיינים האנטומיים והביומכניים של כפות רגלי הפומה, הצ'יטה, הלביאה וחתולי הבר.

המעצב הראשי של חברת פומה, ריי הוראצק, בחן פתרונות קיימים בטבע, ובנה סוליה עם כריות גומי בעלות מבנה מתרחב ומתכווץ במתכונת של כריות רגל חתול כדי להגביר את האחיזה בקרקע, בתוספת רכיב ייחודי של לולאה קשיחה בצורת הספרה 8 בקימור של הסוליה כדי לתת קפיציות יתר בניתור שבין צעד לצעד.

הדגם הביומימטי נקרא :Puma Mobium Elite

ב. בלימה.

יצרני מכוניות, רשויות ונהגים מחפשים דרכים יעילות לקצר את מרחק הבלימה של הרכב, בעיקר במצבים של בלימת חירום.

המפתחים והמהנדסים של יצרנית הצמיגים Continental פנו לפתרונות קיימים בטבע, ובחנו את יכולות הבלימה והעצירה המדהימות של החתולים במהלך ריצתם הכול-כך מהירה במרדף אחרי טרף. גם להם קסמה ההתרחבות האינסטינקטיבית של הכריות בכפות רגלי החתול והגדלת שטח המגע שלהם עם הקרקע בתהליך הבלימה.

הצמיג המיוחד שפותח ומורכב כיום במקור במכוניות מהירות מאד מן השורה הראשונה, כמו: מרצדס, ב.מ.וו., וולוו ואאודי, מיוצר בתהליך יציקה משולבת של שני סוגים של תרכובות גומי – קשה וקשיח, רך וגמיש – באזורים שונים של הצמיג, בדומה לכף רגל של חתול, לפי התפקוד הנדרש בכל אחד מקשת המצבים של הרכב. 

הדגם הביומימטי האמור נקרא ContiSportContact2 ודורותיו החדשים 3 ו 5 :

 

בזכות הבליטות והכריות שבמבנה הצמיג פועלים בזמן הבלימה כוחות ניצבים לצמיג, שגורמים לאזורים של הגומי הרך להתרחב לצדדים יותר מאשר בצמיג סטנדרטי. הודות להתרחבות הרגעית המתגלגלת נוצר שטח מגע גדול יותר בין הצמיג לכביש, נגרם חיכוך גדול יותר בין הגומי למשטח, וכתוצאה מתקצר מרחק הבלימה והעצירה. בדיוק כמו אצל החתול ובני משפחתו.

תוצאות ודירוג –

http://www.evo.co.uk/news/evonews/276664/evo_frontwheeldrive_tyre_test_the_verdict.html

פרוביוטיקה סביבתית – מלחמת הטוב ברע

מאת: יעל הלפמן כהן

טכנולוגיה חדשנית וייחודית, המבוססת על חקר תהליכים ביולוגיים של חיידקים, מונעת זיהומים פתוגניים, ויוצרת סביבה בטוחה, חיונית ובריאה.

המונח "פרוביוטיקה" מזכיר לרובנו את "החיידקים הידידותיים" המוחדרים למוצרי מזון שונים במטרה להשיב את האיזון לגופנו. רעיון הפרוביוטיקה קיים מתחילת המאה ה- 19  והוא מבוסס על  "חוש המניין", לפיו תמיד תהיה כמות קבועה של חיידקים באזור מסוים, החולקים אותה סביבת חיים ומתרבים ומתים בהתאם לזמינות ולשפע של המשאבים בסביבה.

באופן טבעי, בכל אזור קיימות מושבות של חיידקים. מהם חיוניים ומהם שליליים ומזיקים. כל אלה חולקים את אותה סביבת חיים ונהנים מאותם משאבים. הוספת חיידקים חיוניים באופן מלאכותי גורמת להפרת האיזון ולהיעלמות הדרגתית של החיידקים השליליים, זאת משום שהחיידקים החיוניים משתמשים במשאבים הקיימים, על חשבון החיידקים האחרים. על פי עיקרון העיכוב התחרותי לחיידקים האחרים לא נשאר די מקום ודי מזון – ולכן הם נעלמים.

הפרוביוטיקה היא אחת התשובות ל"מעגל ההרס" שנקלע אליו המין האנושי במאבקו בחיידקים ועובשים.  השימוש הגובר ב"אנטי" ביוטיקה ובכימיקלים "אנטי" בקטריאליים הביא להתפתחות יצורים מיקרוביאליים עמידים יותר, המאלצים אותנו להשתמש במינונים גדלים והולכים  של אנטיביוטיקה ובחומרים כימיים חזקים יותר ויותר על מנת להשמידם.  

חברת Better Air, לקחה את רעיון הפרוביוטיקה צעד אחד קדימה ומציעה יישום שלו מחוץ לגבולות גופנו – פרוביוטיקה סביבתית. חיידקים ועובשים מסוימים הנמצאים בסביבתנו נחשבים שליליים. הם מהווים סכנה מהותית לבני אדם ולעיתים גורמים לתסמונת "הבניין החולה" , שורה של מאפייני תחלואה שונים, לרבות כאבי ראש, שיעול, גירוד, סחרחורות ועוד המיוחסים לשוהים במבנים אלה.

בתום עשר שנים של מחקר ופיתוח, חברת Better Air יחד עם צוות חוקרים מאוניברסיטת גנט (GHENT) שבבלגיה , יצרו את שיטת האיזון הפרוביוטית היחידה בעולם כיום.

יולי חורש, המשנה למנכ"ל החברה, מספר ש "אנו מנצלים את חוש המניין, יחד עם העובדה שלחיידקים אורך חיים קצר מאוד (ימים ספורים), ומחדירים את הפרוביוטיקה הסביבתית באופן קבוע ובתדירות קבועה על פי הצורך, ובכך משנים את האיזון האקולוגי והופכים את הסביבה לנקייה, בטוחה ומוגנת מחיידקים פתוגניים".  תהליך הטיפול בחיידקים בגישת הפרוביוטיקה הסביבתית מתואר בסרטון הבא:

הפתרון הינו מערכת המספקת שכבה של מיקרו-פלאורה פרוביוטית, המכסה אזורים קשים כמו צנרת של מזגנים הידועים כאזור מושבות של חיידקים ועובשים מסוכנים. הטיפול  מפחית ריח רע הנגרם מזיהומים בקטריאלים, שומר על האיזון ומעכב התפתחות מושבות מסוכנות. המערכת יושמה בהצלחה במערכות המיזוג של מגדלי עזריאלי ובאתרים נוספים, ובימים אלה יצא לשיווק מכשיר ביתי/משרדי קטן ונוח לשימוש אישי.

 













ההיבטים הביומימטים של מערכת זו קשורים לחיקוי תהליכים ביולוגיים של חיידקים דוגמת חוש המניין ועיקרון העיכוב התחרותי כבסיס לפעולת המערכת. המערכת אמנם משתמשת ברכיב מן החי, (החיידקים הידידותיים) לצורך פעילותה, אך מנגנון מיגור החיידקים הוא תוצר של חקר מיקרוביולוגי.  התוצאה היא העלמות הדרגתית וטבעית של חיידקים שליליים, ללא שימוש בחומרים או בטכנולוגיות המסכנות בני אדם ובעלי חיים.

מידע נוסף ניתן למצוא באתר החברה : www.better-air.com