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 2015

קוראים יקרים שלום,
ב- 19 בנובמבר 2015, יתקיים הכנס השני לביומימיקרי- אקדמיה ותעשייה. הכנס יתקיים באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף לשכת המהנדסים והמעבדה לביומימיקרי, באוניברסיטת תל אביב, ביה"ס ללימודי הסביבה ע"ש פורטר. להלן קול קורא להרצאות לכנס.

דקה לפני תחילת הלימודים, ניתן עדיין להרשם לתוכנית השנתית לביומימקרי לבתי ספר יסודיים (כיתות ד-ו). המעוניינים לקבל מידע אודות התכנית, מוזמנים לפנות למייל: info@biomimicry.org.il
החודש נרחיב אודות המבנה המרובע היחודי של זנב סוסון הים, הובלת מים חכמה באמצעות מבנה מענין של קשקשי לטאת טקסס ופיתוח רובוט המסוגל לקפוץ ממים בהשראת פשפשי ישו.

בברכת קריאה מהנה ושנת לימודים פוריה ומלאת השראה

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

דקה לפני תחילת השנה - תכנית ביומימיקרי לתלמידי בתי ספר יסודיים


מאת: יריב גרשטיין

כמדי שנה, גם השנה, ישתתפו מאות תלמידי כיתות ד-ו מבתי ספר נבחרים בתהליך לימודי בנושא  ביומימיקרי, ששיאו בכנס שנתי בו מציגים התלמידים פיתוחים ביומימטים מקוריים. השנה הוחלט להרחיב את התוכנית ולאפשר גם לבתי ספר שאינם לוקחים חלק בתוכנית קרב להצטרף לתכנית. לפרטים נוספים: info@biomimicry.org.il

תכנית הביומימיקרי, בשיתוף תכנית קרן קרב לטבע וסביבה, מזמינה את בתי הספר, את המורים ואת התלמידים לקחת חלק בתהליך לימודי יצירתי ומעורר השראה, שמחזק את יכולת ההתבוננות והלמידה מהטבע, מעודד עבודה בצוות ומוביל לתוצרי לימוד איכותיים.

תכנית הלימודים מתקיימת בבית הספר, בהנחיית מדריכי תכנית קרן קרב או מורי בית הספר שעברו הכשרה ייעודית לשם כך על ידי ארגון הביומימיקרי הישראלי. התוכנית כוללת למידת מתודות פיתוח ביומימטיות, ומקנה כלים להסתכלות על הטבע כמקור לידע, ולהגיע לתובנות, להבנת מנגנונים ולבניית מודלים. במהלך התוכנית נחשפים הילדים לשיטות חקר, לחשיבה יצירתית והמצאתית ולהתנסות בתהליך פיתוח ביומימטי על כל מרכיביו, עד לבניית אב טיפוס. כחלק מתוכנית הלימודים עובדים הילדים בקבוצות, חוקרים אורגניזמים שונים ומחפשים פתרון לסוגיה טכנולוגית/ הנדסית במנגנונים מהטבע.  בנוסף, מתמודדים התלמידים עם פיתוח המצאה בהשראת הטבע, אותה יציגו במהלך הכנס השנתי. הכנס השנתי של ארגון הביומימיקרי הישראלי מתקיים בשיתוף תכנית קרן קרב לטבע וסביבה ופארק רמת הנדיב, שמארח את הכנס באדיבות בכל שנה. תכנית הכנס כוללת הרצאות, סיורים, הצגת תוצרי הלמידה של התלמידים מרחבי הארץ ופרסים לפרויקטים/ ההמצאות הטובים ביותר.
זוכי הפרס בשנת הלימודים תשע"ה הם תלמידי ביה"ס ורשה מקרית אונו, שיצרו מתקן ללכידת זבובים בהשראת התפרחת של הגזר הקיפח.
                             


 "בכל דבר בטבע יש משהו מן המופלא" כתב אריסטו,
ולנו לא נותר אלא להסכים, ולהזמין אתכם להתבונן יחד אתנו בכל הדברים המופלאים שיש לטבע להציע.
בתי ספר המעוניינים לקבל פרטים נוספים על התכנית ולהצטרף בשנת הלימודים הקרובה, מוזמנים לפנות למייל: Info@biomimicry.org.il

למה זנב סוסון הים מרובע?

את: אופיר מרום

חוקרים ייצרו מודל של זנב סוסון הים כדי לבחון מהם היתרונות שמספק המבנה הייחודי שלו.   

בעוד שלרוב בעלי החיים זנבות גליליים, לסוסון הים יש זנב ייחודי, בעל חתך ריבועי שלא רק מספק לדג הגנה בזכות השריון הקשה שלו, אלא הוא גם מעניק לסוסון הים יכולת אחיזה חזקה בדברים כמו צמחים, אלמוגים או חתיכות מזון שצפות ליד הפה שלו. מאמר שהתפרסם בגיליון האחרון של כתב העת Science מסביר על מעלותיו של הזנב הייחודי, מפרט, ומספק תובנות בעלות פוטנציאל ליישומים הנדסיים הנדרשים לשילוב של כוח וגמישות.

השלד של זנב סוסון הים מורכב מחוליות, שנראות כמו טבעות מרובעות. כל חוליה מורכבת מארבעה לוחות בצורת L, המונחים אחד על קצהו של השני ליצירת ארבעת הפינות של הטבעת המרובעת. דרך כל החוליות עובר חוט השדרה. החוליות מחוברות לעמוד השדרה ע"י קבוצות שרירים, שמאפשרים לזנב סוסון הים להתפתל ולאחוז בעצמים שונים.

צוות  המדענים החוקר את הנושא במשך כמה שנים, השתמש בשיטות מתקדמות של הדפסה תלת ממדית כדי לבנות מודל של זנב מרובע כמו זה של סוסון הים, וזנב דומה נוסף שחוליותיו הן טבעות עגולות. שני סוגי המודלים עברו סדרה של ניסויים השוואתיים, בהם נבחן האופן שבו הם מגיבים לסוגים שונים של לחץ חיצוני. הניסיונות המעבדתיים הראו שבמבנה המרובע של זנב סוסון הים, הלוחות שמרכיבים כל חוליה מחליקים זה על זה כתגובה לעומס המופעל עליהם. באופן כזה מתקבלת הגנה משופרת על חוט השדרה לעומת המודל עם החוליות העגולות. בנוסף, נמצא שלאחר שהופסק הלחץ קפצו הלוחות חזרה, והחוליות חזרו לממדיהן המקוריים. המדענים הצביעו על יתרון נוסף של זנב מרובע על פני זנב גלילי, בכך שהוא מאפשר נקודות מגע רבות יותר עם אובייקטים עליהם הוא מתלפף, ובכך תורם לאחיזה משופרת. התבונות שנלמדו ממחקר זה יכולות להיות מאוד שימושיות עבור יישומי רובוטיקה שצריכים להיות לא רק חזקים, אלא גם חסכוניים באנרגיה ובעלי יכולת להתכופף ולהסתובב בחללים צפופים. 

שימושים אפשריים בעתיד יכולים לכלול ניתוחים לפרוסקופיים שדורשים מכשיר רובוטי גמיש אך חזק, שיכול לנוע בתוך איברים ועצמות, כמו גם מערכות חיפוש והצלה או שימושים תעשייתיים אחרים.

תעלות מועילות



מאת: יעל הלפמן כהן
מדענים חשפו כיצד מובלים מים דרך תעלות בעור של לטאת טקסס אל פיה, והעתיקו את עקרונות הובלת המים בגרסה פלסטית.

לטאת טקסס ((Texas horned lizard ידועה כאחד הזוחלים המצטיינים בהובלת מים דרך תעלות קפילריות על העור היישר לכיוון הפה. לטאות אלו שוכנות בדרך כלל באזורים שחונים, והן מסוגלות לאסוף מים מכל מקום, אפילו מהחול עליו הן הולכות. המים הנאספים מועברים אל הפה, ללא השקעת אנרגיה, דרך רשת של תעלות קפילריות המצויות בין קשקשי העור, אשר סוגרים אותן באופן חלקי. עור הלטאה מסוגל להעביר נוזלים בצורה פאסיבית לכיוון מסוים מהר יותר מאשר לכיוונים אחרים, וזאת ללא תלות במיקום המים על העור. מים יכולים להיות על הגב, מלפנים או על הזנב, והם תמיד מובלים הכי מהר דווקא לכיוון הפה.  
תעלות הן אחד המבנים החוזרים בטבע הקשורים לפונקציה של הובלה. צוות גרמני- אוסטרי, שחקר לאחרונה את מבנה עור הלטאה ואת מורכבותו, זיהה שני עקרונות מפתח המאפשרים את ההובלה הפאסיבית של המים ברשת התעלות. עקרונות אלה מהווים פריצת דרך במחקר שפורסם לאחרונה בעיתון The Journal of the Royal Society Interface.

התמונה באדיבות Ben Goodwyn
העיקרון הראשון הוא העובדה שמבנה החריצים קעור והם הולכים ונהיים צרים לקראת פה הלטאה. ככל שהחריץ קעור יותר, הכוח הקפילרי המניע את הנוזלים קדימה לכוון הפה גדול יותר.
העיקרון השני שנמצא הוא הקשר שבין התעלות. מים יכולים להיסחף בצומת אחת, אך בהמשך "ייאספו" על ידי מים הזורמים בתעלה שכנה. ההיצרות של כל תעלה קעורה, לצד הקשר שבין התעלות, הם שני העקרונות המסבירים את תנועת המים ואת כיוונה.

עקרונות אלה שימשו לתכנון שני משטחים ביומימטיים. הצוות לא ניסה לייצר העתק מדויק של מבנה עור הלטאה בשל מגבלות יצור, אך בהתבסס על שני העקרונות שנמצאו במחקר ייצר צוות המחקר שני משטחי פלסטיק פשוטים דמוי זכוכית, ועליהם תעלות שנוצרו על ידי לייזר וביניהן קשקשים בולטים. למרות שההעתק אינו מדויק, בשני המשטחים הובלו המים בתעלות מהר יותר בכיוון מסוים מאשר בכיוונים אחרים.
מחקר זה הוא דוגמא יפה למחקר ביומימטי בו מתבוננים על תנועת מים על עור של לטאה, מגלים את העקרונות התכנוניים שלו ומחפשים יישומים הנדסיים. החוקרים מציעים שימוש של העברה פאסיבית ישירה של נוזלים במזקקות, במשחלפי חום, או במכשור רפואי קטן בו עיבוי מהווה בעיה. הקבוצה כבר חוקרת אם התגלית יכולה לסייע בהעברת חומרי סיכה לאזורים פנימיים בתוך מכונות, אזורים שבהם הם נדרשים.
ועד אז, צריך לזכור כמובן, שיש מגבלה של קנה מידה. הפתרון בטבע הוא ברמת המיקרו, ומובן שלא יהיה ניתן להעלות מים לקומות גבוהות בדרך זו....

ללכת על המים – הבשורה הרובוטית

מאת: דפנה חיים-לנגפורד
בגיליון Science האחרון, פורסם מאמר המתאר פיתוח רובוט המסוגל ללכת על המים ואף לנתר לגובה ממשטח נוזלי. הרובוט פותח בשיתוף פעולה בין מכון Wyss, בית הספר להנדסה בהרווארד ואוניברסיטת סאול בקוריאה, בהשראת "רצי המים" המכונים גם "פשפשי ישו".

למינים רבים של חרקים רבים יש יכולת ללכת על מים. חרקים אלה מנצלים לשם כך את מתח הפנים של המים. אחת התנועות היותר מורכבות היא לקפוץ ממים. במחקר האמור, בחנו החוקרים את אופן הקפיצה של רצי המים. לרצי המים שני זוגות רגליים, אחוריות ואמצעיות, שהן ארוכות באופן ניכר מהקדמיות, והם רצים על פני המים בתנועת חתירה סימטרית תוך ניצול מתח הפנים של המים. החוקרים צילמו את תנועת החרקים על פני המים כולל תנועת הקפיצה, ולאחר ניתוח מכניקת התנועה ניצלו את הממצאים ופיתחו רובוט שמסוגל לקפוץ ממים כמו החרקים.

כדי להגיע למצב של קפיצה ולא למצב של טביעה, יש ללחוץ על "משטח" המים בלחץ מסוים, למשך זמן מתאים ולעומק מוגדר. רצי המים עושים זאת ביעילות וללא כל מערכת בקרה מתוחכמת. מהמחקר עולה שעל מנת לנתר ממים באופן מיטבי, יש להאריך ככל האפשר את המגע בין הגפה למים במשך זמן הקפיצה. רצי המים, מסתבר, מפעילים על משטח המים כוח השווה ל-16 פעמים משקלם, והוא הכוח המרבי מתחת לסף שבו מתח הפנים של המים ישבר והם יטבעו. חרקים רבים כמו רצי המים מסוגלים לבצע תמרונים מאתגרים כמו מעוף, ציפה, שחיה, ריצה ואפילו קפיצה בקלות רבה, הודות למורפולוגיה חכמה ולאו דווקא ליכולות קוגניטיביות מורכבות, או כמו שהחוקרים מכנים זאת, "אינטליגנציה פיזיקלית". פיצוח מבנים פיזיקליים יאפשרו לבנות רובוטים בעלי יכולות תמרון ייחודיות ללא צורך במערכות חישוב ובקרה מורכבות.

אודות מכון Wyss: מכון Wyss באוניברסיטת הרווארד הוקם בשנת 2009 במטרה לפתח חומרים וכלים בהשראת הטבע לשיפור עולם הרפואה. המכון פועל בשיתוף פעולה עם בתי חולים מובילים ועם פקולטות שונות מתחומי ההנדסה והעיצוב. הודות לשיתוף פעולה בין מהנדסים לבין ביולוגים ואנשי תעשיה, הגיעו בשנים האחרונות מחקרים בתחומים שונים לבשלות מסחרית, והועברו להמשך פיתוח בתעשייה.