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 ינואר 2015


קוראים יקרים שלום,

ב- 23.02.15  יפתח המחזור השלישי של הקורס "מבוא לביומימקרי", לראשונה בפורמט חדש הכולל מספר ימי לימוד מרוכזים וסיור שטח. הקורס תוכנן לספק חווית למידה מהנה המבוססת על מפגש בינתחומי ושיטות הוראה מגוונות, ולהקנות את מיטב המתודולוגיות והכלים הקיימים כיום למתכננים. לפרטים וסילבוס אנא פנו למייל: Info@biomimicry.org.il

 החודש נדווח על בנייה אקולוגית בהשראת הצרעה ועל דיו נגד זיופים בהשראת חיפושית מחליפת צבעים. החודש נפליג גם מעבר למחוזות היישומים הטכנולוגיים ונרחיב על שילוב אומנות הנדסה וחיקוי הטבע בעבודתו של האומן ראובן מרגולין. כמו כן נתאר יישומים בתחום הפסיכולוגיה: דפוסי הימור בעולם החי היכולים לסייע בגיבוש פרוטוקולים יעילים למתן סיוע, טיפול ושיקום של מהמרים כפייתיים.

בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי
 

להתמכרות להימורים מספיק מוח של יונה

מאת: שמעון בוגן

  הניסוי של נוח עם העורב והיונה רומז לנו על האפשרות שקיים הבדל התנהגותי בין בעלי חיים באופן ובעוצמה של לקיחת סיכונים. בתקופה הרבה יותר קרובה לימינו בחרו חוקרי התנהגות להתמקד בתהליכים יותר בסיסיים של תגובה ותוצאה, כמו התנייה אופרנטית ,כפי שעשו איוון פבלוב עם כלבים ופעמונים או פרדריק סקינר עם חולדות ויונים בתוך "תיבות סקינר". כך התגבשה הגישה הביהביוריסטית, שהנחילה לנו מושגים של "חיזוק חיובי","חיזוק שלילי" ו"חיזוק עקיף" בלמידה ובהנעה של בני אדם. המתנגדים מקרב קהילת הפסיכולוגים ומהציבור קראו לגישה "אילוף", "תעלולי שליטה במוח" ו"רובוטיזציה של בני אדם".

חשוב להבין שהתנייה אופרנטית היא אמנם שיטה לשינוי התנהגות מוכוון מטרה, מטרה שנקבעת ע"י המפעיל של השיטה שעושה טפלול (מניפולציה) על הצרכים ועל הפעולות של המטופלים.   

  רק לאחרונה ממש עלה בדעת מספר קבוצות חוקרים לחשוב מחוץ לקופסא (תרתי משמע), ולבחון את ההתנהגויות העצמיות והעצמאיות של בעלי חיים בנסיבות דומות של "תיבות סקינר", כדי לחשוף תגובות הנובעות מרצונם החופשי של הנבדקים ולתת להן ביטוי. במחקרי ההתנהגות המתקדמים נבחנת מחדש מערכת התגמול (reward system) במוח. להבדיל מהביהביוריסטים, שהתייחסו למוח כאל "קופסא שחורה",  נעשית כיום בחינה משולבת של הפיזיולוגיה והביוכימיה במוח לגבי ההתנהגות ולגבי תהליכי קבלת החלטות.

  פרופ' תומס זנטל (Zentall) ושותפיו במחלקה לפסיכולוגיה שבאוניברסיטת קנטאקי חוקרים קוגניציה, דפוסי התנהגות ולמידה של בעלי חיים, ופרסמו קרוב ל 300 מאמרים וספרים פורצי דרך בתחום. אחרי כמעט 15 שנה של מחקרים על יונים הייתה להם תגלית מוזרה, מפתיעה ומטרידה – בהינתן תנאים של אי ודאות ושל מגוון תוצאות אפשריות הפגינו היונים התנהגות מובהקת של מהמרים מכורים.

  במערך המחקר ניתנה ליונים אפשרות ללמוד באמצעות ניסוי וטעייה את תוצאות הניקור על שני מקשים שונים, בצורה של גירויים וזכייה בפרס של טבליות מזון טעים ומושך:
מקש שמאלי – אור אדום,  10 שניות השהייה, 10 טבליות. פעם אחת מתוך 5, סיכוי של 20%.
                      אור ירוק, 0 טבליות. 4 פעמים מתוך 5. סיכוי של 80%.
מקש ימני – אור כחול או ירוק, 3 טבליות כל פעם. סיכוי של 100%.

במאמר המלא ממחישים החוקרים כיצד דאגו לנטרל כל גורם "רעש" והטייה. לדוגמא, ע"י הצלבה של מיקום המקשים. (קישור).

קשה מאד להאמין, אבל ב 35% יותר פעולות ניקור להשגת מזון, היונים העדיפו את המקש שאפשר להן לזכות בכל הקופה (jackpot), והתעלמו מהאופציה הבטוחה והמשעממת. מסתבר שיונים אינן זוכרות מקומות שבהם לא מצאו מזון וזוכרות היטב מקומות שבהן מצאו מזון בשפע.

  עוד יותר מפתיעה התגלית שאותו יחס התקבל בקרב מהמרים כפייתיים כאשר הושיבו אותם מול משחק מחשב עם אותם מאפיינים, במטרה לזכות בנקודות / אסימונים. מסתבר שלבני אדם יש נטייה טבעית להדחיק הפסדים ולהעצים תחושות של רווח וניצחון...

  המחקרים בתחום הם לא פחות ממדהימים, בעיקר לכל מי שמתעניין בהשלכות ובתובנות שנובעות מהם:

קבוצת פרופ' אליוט לודוויג, אוני' וורוויק אנגליה (קישור).
קבוצת פרופ' מרשה ספטצ', אוני' אלברטה קנדה (קישור)

תובנות והשלכות, רשימה חלקית:

·         הימור היא התנהגות הישרדותית מוקדמת מאד באבולוציה, לפני ההיפרדות בין יונקים לעופות. ברבות השנים התרבו העדויות והמחקרים על הנטייה להימורים גם בקרב חולדות ודולפינים. מעל כולם מככבים הקופים כמהמרים מלידה. נמצא שהנטייה להימור טבועה  ב DNA של כל הפרימאטים, כשהיא חבויה ברצפים שמווסתים את רמות הדופאמין בשני אזורים במוח ושזכו לכינוי הכוללני "גן ההימורים". (קישור).

·         ריגוש הוא תגובה לא רצונית לגירוי. הקטסטרופה מתחילה באזור פנימי במוח שנקרא אינסולה – מרכז התגמול, הסיפוק וההנאה, מתפתח שטפון של הנאורוטרנסמיטור דופאמין בקליפת המוח הקדמית, והופך לכדור שלג של התנהגות ספונטנית פרועה, קבלת החלטות לא רציונליות, אימפולסיביות, קושי בדחיית סיפוקים, לקיחת סיכונים מופרזים וכו'.

·         מוח היונה קטן ופשוט, ולכן קל יותר לתמרון ולטפלול. מחקרים על שינויי התנהגות, על החלשה או סילוק הדחף להימורים יהיו קצרים בזמן ובמשאבים, יהיו ממוקדים ויאפשרו בקרה הדוקה ומדויקת. מחקרים כאלה יאפשרו לגבש פרוטוקולים יעילים למתן סיוע, טיפול ושיקום למהמרים כפייתיים ולהתמודדות של נפגעי התמכרויות מכל סוג לאורך כל הדרך לגמילה מלאה.

·         הימורים כהתנהגות אבולוציונית טבעית מתכתבים עם מפעל חייהם של חתן פרס נובל פרופ' דניאל כהנמן ועמוס טברסקי בתחום הכלכלה ההתנהגותית, ועם מחקריהם של פרופ' דן אריאלי, שותפיו ועמיתיו בארץ ובעולם בנושא אי-רציונליות.

 
המלצת קריאה – BRAINSTORM, ד"ר דן סיגל, Tarcher 2014. רב מכר על ריגושים, שיבושים, התמודדות ולמידה עד להתבגרות נפשית.
"An Inside-Out Guide to The Emerging Adolescent Mind, Ages 12 to 24"

למידע נוסף

חדשות הפוקר
 
מוקדש באהבה
לבתי אביטל קירשברג, בוגרת לימודי קרימינולוגיה,

שנתנה לי את ההשראה למונח קרימיביולוגיה Crimibiology

חיפושית שאי אפשר לזייף

מאת: אופיר מרום

חיפושית מחליפת צבעים מהווה השראה לייצור סוג חדש של דיו נגד זיופים.
חוקרים בסין פיתחו סוג חדש של דיו, שיכול לשנות את צבעו ויוכל להוות יתרון במלחמה נגד שטרות כסף מזויפים. החוקרים, Zhongze Gu, Zhuoying Xie, Chunwei Yuan  , חקרו סוג מסוים של חיפושית בשם Isabellae Tmesisternus, אשר צבעיה מתחלפים מאדום לזהב בעקבות שינויים בלחות בסביבתה. הם מצאו כי השינוי מתרחש כאשר כנפי החיפושית סופחות לחות. מצב זה גורם לשינויים בעובי של שכבות הקשקשים בכנפי החיפושית, וכתוצאה משתנה האופן שבו מוחזר מהן האור ולכן גם השינוי בצבע של הכנפיים.
בהשראת התופעה פיתחו החוקרים דיו חדש, המבוסס על חומר מסוג CPC (colloidal photonic crystals). זהו למעשה תרחיף של גבישים פוטונים ננומטריים, אשר אפשר באמצעותו לקבל מגוון רחב של תכונות אופטיות. סוגים שונים של CPC נראים בעלי אותו הצבע בתנאים סביבתיים מסוימים, אבל כאשר הם נחשפים לאדים של חומרים ספציפיים, כל סוג מחזיר את האור בצורה קצת שונה.

                                              Cerambycidae Lamiinae
                                              תמונה באדיבות Jean-Philippe Roguet


האפשרות  של שימוש בחלקיקי גבישים פוטוניים נחקרה ברחבי העולם עבור מגוון יישומים, אבל עד כה הנושא לא הפך למסחרי עקב הקושי ביישום והעלות הגבוהה של פיזור החלקיקים על משטחים שונים. שימוש חדשני במדפסות דיו אפשר לראשונה שליטה על הגודל ועל הכמות של הדיו, וכך הצליח הצוות לשלב סוגים שונים של חלקיקים כדי ליצור תבניות מורכבות שמשנות צבעים כאשר הן נחשפות לאדים, כמו אדי אתנול, לדוגמא. שינויי הצבע המורכבים וההפיכים שמתקבלים באמצעות הדיו החדש קלים מאוד לזיהוי בעין בלתי מזויינת, אך מצד שני הם קשים לחיקוי. בנוסף, בשונה מהטכנולוגיות הנוכחיות המתבססות על פיגמנטים או פולימרים, הדיו החדש אינו דוהה בעקבות חשיפה לאור או לאקונומיקה, ולכן הוא אידיאלי לשילוב ביישומים שדורשים הגנה כנגד זיוף, כמו בשטרות כסף. יכולת התגובה של הדיו לגירוי חיצוני, והיכולת להדפיסו הן על משטחים קשים והן על גמישים פותחת אפשרות לשילוב הטכנולוגיה החדשה הזו גם לשימושים נוספים, כגון מערכים של חיישנים, שבבי מחשב מולטי פונקציונאליים, או במסכי תצוגה דינאמיים.

אומנות, הנדסה וחיקוי הטבע

מאת: יעל הלפמן כהן ומלני סמסון

הטבע היווה תמיד מקור השראה לאומנים וליוצרים. במהלך ההיסטוריה, התבוננו אומנים בטבע וחקרו אותו כדי לגלות "אמיתות" ביצירות "הבורא". אמיתות אלה שיקפו בעיניהם את התגלמות ה"יופי האלוהי", אותו שאפו לגלם ביצירות שלהם. הדוגמא הבולטת ביותר לגילוי ויישום אחת מ"אמיתות" אלו, היא יחס הזהב (או חתך הזהב : Φ = 1.618), המייצג מידות וגדלים רבים בטבע ונמצא באורגניזמים רבים בטבע (כגון בקונכיות, בספירלות בגלקסיות החלל, בפתיתי שלג, בגוף האדם, בצמחים רבים, ב- DNA ובעולם הקוונטים). מאז תקופת מצרים העתיקה ועד היום נעשה שימוש רחב ביחס הזהב ביצירות אומנות ואדריכלות רבות ברחבי העולם (כגון במקדשים היווניים, בכנסיות גוטיות, בכיפת הסלע(. בקישור המצורף ניתן לראות יישום של חתך הזהב בפסלים שיוצרו באמצעות הדפסת תלת ממד.  קישור  
אך הטבע מעניק לאומנים וליוצרים החוקרים אותו ערך גדול הרבה יותר ממקור השראה בלבד. חקירה של אורגניזמים בטבע מעצימה את יכולת ההתבוננות של החוקר ומחדדת את היכולות הקוגניטיביות שלו. הטבע אינו מצייר גבולות בין דיסציפלינות ומזמין אותנו להבין איך פועלים עקרונות היסוד במדע ויחסי –הגומלין בין אבני היסוד ביצירותיו בהרמוניה לממש מטרות וצרכים. ההתבוננות בטבע מגבירה את תשומת הלב לפרטים הקטנים של האורגניזמים ומעמיקה את ההבנה לגבי יחסי הגומלין בין החלקים השונים. חידוד התפיסה הקוגנטיבית של החוקר מאפשרת לו לגלות פרטים חדשים שלא היה מודע להם קודם. נקודת זמן זו של הגילוי, היא נקודת ההתחלה של התהליך היצירתי – בו האומן או יוצר מתחילים לתהות ולשאול שאלות המקדמות את תהליך היצירה.
האומן והמהנדס המפורסם ביותר שתיעד ויישם את תהליך היצירה הזה הוא ליאורנדו דה-וינצ'י. גם הטבע וגם ההנדסה עוסקים באומנות היצירה של מוצרים, של תהליכים ושל מערכות הנותנים מענה לצרכים מוגדרים. ליאונרדו דה-וינצ'י קידם את ההנדסה ע"י העברה של ידע ותובנות שהסיק מחקר של אורגניזמים בטבע ושל דרכי פעולותיו ליישומים הנדסיים, כגון מנגנוני תעופה. דה וינצ'י הצליח לפענח את צופן היצירה בטבע ובהנדסה ע"י הבנת יחסי הגומלין בין אבני היסוד בטבע (שהם זהים גם בהנדסה): צורה, תצורה, גאומטריה, מבנה, חוזק, חומר ותפקיד – ואת האינטראקציה שלהם ביחס לחלל ולזמן באמצעות חוקי הטבע.
בדומה לליאורנדו דה-וינצ'י, גם האומן ראובן מרגולין מתבונן בתופעות ובאורגניזמים בטבע, התבוננות המעצימה את המודעות שלו לפרטים הקטנים, ומהווה זרז לתהליך התכנון היצירתי שלו.

                               עבודה של ראובן מרגולין. תמונה באדיבות האומן.

היבט מעניין וחדשני של שילוב אומנות, הנדסה וחיקוי הטבע בא לידי ביטוי בעבודתו של ראובן מרגולין, איש חזון ויוצר של פסלי גלים קינטיים מחומרים שונים (עץ, קרטון וחפצים אחרים), המתחקים אחר מנגנוני תנועה בטבע. מרגולין מתמקד בתופעות זרימה ותנועה בטבע כמו טיפות מים בודדות או מערבולת עוצמתית, ויוצר פסלים  אלגנטיים ומהפנטים.

ראובן מרגולין לא מנסה להעתיק את הטבע אלא להתייחס אליו ולשקף את האיכויות שלו: העדינות והקסם של טיפת מים המכה במים או הגלים הנוצרים עם נחיתת השקנאי במים,  והעוצמה של מערבולות בטבע. כך למשל, התבונן מרגולין במערבולות הנוצרות עם חתירה במים וייצר פסל גל מלאכותי עדין וצף למראה. התבוננות בתנועת זחלים היוותה השראה למבנה קינטי המחקה תנועה זו.

תכנון וייצור פסלי גלים קינטיים אלה דורשים ידע, יכולות הנדסיות, מכאניות ומתמטיות. על מנת לייצר פסלים זורמים משלב מרגולין הרבה יחידות בדידות; ככל שיש יותר יחידות בדידות הפסל יותר זורם.
מרגולין מדווח שהשלב המרגש בעבודתו הוא רגע לפני שהגל שתכנן ויצר מופעל לראשונה. מרגולין תמיד סקרן לדעת אם הגל שיצר יהיה מעניין, זורם, ויפה,...כמו בטבע.  
לצפייה בסרטון המתעד את עבודתו של מרגולין, לחץ על הקישור

צפייה נעימה

איטלקים וצרעות – סיפור אהבה

מאת: שמעון בוגן

אצל האיטלקים נודעת חיבה מיוחדת לצרעות. החל בסמל התרבותי – חברתי המיתולוגי של קטנוע הווספה של פיאג'ו  ב 1947 (קישור), עבור דרך אקדח קפצונים לילדים "ווספ" של ג'יוקטולי משנות  ה- 50   ועד ממש לאחרונה בטכנולוגיה מקיימת - סביבתית – חברתית של סדנת WASP להדפסת בתי מגורים מבוץ (קישור).

ג'אנין בניוס, מייסדת מכון הביומימיקרי האמריקאי, הנחילה את החזון של הקיימות הביומימטית המוכללת (קישור). אימוץ תורה זו וההתנהלות התואמת מורכבות מ:

א. חשיבה ביומימטית
ב. חקירה ביומימטית
ג. תכנון, עיצוב ותכן ביומימטיים
ד. תהליכי ייצור ומהלכי שירות ביומימטיים
ה. חומרי מבנה וחומרי עזר ביומימטיים
ו. מנגנוני תקשורת ומערכי מיחשוב ביומימטיים

במובן הצר של הקיימות הביומימטית מדובר בטכנולוגיות ייצור אידאליות על ידי:
א. בנייה בהוספה ולא בגריעה, בתנאים סביבתיים. או כפי שאומרת  הגב' בניוס – ללא  "heat, beat, and treat".
ב. ייצור מקומי, קהילתי, דמוקרטי ככל האפשר.
ג. חומרים מתחדשים, אפס פסולת, 100% השבה ומחזור, רעילות זניחה, מינימום אנרגיה.
ד. חומרים פשוטים ככל האפשר, פריקים ביולוגית וסביבתית, כאלה שמדמים חומרים ביו-טבעיים.

  בראיון איתה זיהתה גב' בניוס את הדפסת התלת מימד כטכנולוגיה האולטימטיבית העתידית, כזו שמאפשרת  לתת מענה נאות לכל הצרכים והציפיות שפורטו לעיל. דא עקא, בתקופה שבה ניתנו הראיונות עדיין בלטו בחסרונם חומרי גלם ומוצרים סופיים ממקור דמוי-ביולוגי ובעלי מאפיינים טבעיים.


  לחבורה המופלאה של הצרעה המזרחית Vespa orientalis, הצרעה הבנאית והצרעה הטייחת (קישור) מצטרפת צרעה רובוטית של סדנת ה WASP ממחוז רוונה. לגמרי לא במקרה מורכב שם הסדנה והקבוצה -  Wasproject – מראשי התיבות של World Advanced Saving Project.

 הבתים המוצעים לבנייה אקולוגית עשויים מתערובות בוץ, טיט, חרסית וקש מרוסק. ההשראה באה מחיבור בין חומרי הבנייה של בתים כפריים במרוקו, למשל, לבין שיטת הבנייה של הקינים אצל הצרעות. ראו סרטון מצורף.