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 נובמבר 2015

קוראים יקרים שלום,

החודש התקיים ה"כנס השני לביומימקרי- אקדמיה ותעשייה" באוניברסיטת תל אביב. דיווח אודות הכנס תוכלו לקרוא בידיעה האחרונה של הידיעון. כנס נוסף לארגונים עסקיים נערך החודש בבית דניאל שבזיכרון יעקב. ארגונים המעוניינים לקבל מידע אודות הרצאות, סדנאות, קורסים ותהליכי חדשנות שאנו מציעים, מוזמנים לפנות למייל: info@biomimicry.org.il
בנוסף, נרחיב החודש על קופיף אינדונזי בעל עיניים ייחודיות ומעוררות השראה, על תעלומת הפינגווינים שלא קופאים באנטרקטיקה, ועל האף הייחודי של זבוב הפירות שיכול לזהות ריחות של סמים וחומרי נפץ, כמעט בדיוק כמו ריחות המזון האהוב עליו.

בברכת קריאה מהנה,
צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי
 

אורגניזם החודש: טרסיוס אינדונזי (Tarsius syrichta) – לראות מעבר לחושך

מאת: דפנה חיים לנגפורד

חושבים שאתם רואים טוב בלילה? תחשבו שוב. הטרסיוס האינדונזי, או הקיפוף האינדונזי הוא אומנם אחד המינים הקטנים ביותר של קופיפים, אך הוא בעל העיניים הגדולות ביותר ביחס לראשו בין היונקים – והכל כדי לאכול חרקים...
הטרסיוס חי ביערות הגשם של האיים האינדונזים. העיניים, המקנות לטרסיוס האינדונזי את המבט התמה והמתוק הזה, הן איבר החישה המרכזי שלו, והן מאפשרות לטרסיוס לצוד את טרפו גם בלילות חשוכים ביותר.
עיני הטרסיוס גדולות כל כך ביחס לראשו, עד שנפח כל עין גדול מנפח המוח כולו! הטרסיוס הוא חיה פעילת לילה הניזונה מציד חרקים, ועל כן זקוקה לראייה חדה מאוד, שתאפשר איתור חרקים קטנים במעט אור. אצל הטרסיוס, אם כן, התפתחה ראייה חדה בשדה ראייה רחב על ידי שימור צפיפות רבה ביותר של קנים (קולטני אור רגישים ביותר) בשטח גדול במרכז הראייה. בנוסף, שטח מרכז הראייה, ה Fovea, גדול משמעותית מהקיים ביונקים אחרים. עדשה גדולה וקרנית גדולה מאפשרות קליטת אור מוגברת ומשלימות ביחד את היכולת לקלוט מידע מהסביבה. אך כמובן שלא מספיק לקלוט הרבה מידע, יש צורך גם לעבד אותו. ואכן, נמצא כי קליפת המוח הראייתי ) visual cortex) ייחודית לטרסיוס בכך ששטח מרכז הראיה במוח של הטרסיוס הוא הגדול ביותר ביחס לקליפת המוח החדשה (neocortex) אצל כל היונקים. כדי לפצות על הגבלת תנועת העינים כתוצאה מגודלן, הטרסיוס מסוגל להזיז את הראש בכ- 180 מעלות.
                           תמונה תחת cc 3.0 מאת Plerzelwupp
 
עיני הטרסיוס הן לא האיבר היחיד ששבר את שיא הגודל ביחס לגוף. גם האנטומיה של הרגליים שלו ייחודית. רגליו ארוכות ביותר, ומאפשרות לו להתקדם בדילוגים ובקפיצות למרחק של פי 40 מאורכו, זאת באמצעות מבנה המאפשר ספיגת זעזועים. גם הידיים של הטרסיוס ארוכות במיוחד ביחס לגוף מבין היונקים, עובדה שמאפשרת לו לתפוס ולאסוף - למרות היעדר האגודל. כפיצוי על היעדר אגודל, מסתבר שהאצבע השלישית של הטרסיוס ארוכה כמעט כאורך זרועו. האם הטרסיוס היווה מקור השראה לאי.טי.?
נראה שהאבולוציה בהחלט עבדה שעות נוספות על היצור הקטנטן הזה, שמאובנים מרמזים על כך שהוא נמצא כאן בתצורתו זו כבר מעל 40 מליון שנה.
 
 

סופר פינגווין - תעלומת הפינגווינים שלא קופאים

מאת: יעל הלפמן כהן

הטמפרטורה באנטרקטיקה יכולה לצלול למינוס 90 מעלות צלזיוס, ולמרות זאת הפינגווינים החיים שם לא קופאים, הודות למספר תכונות ההופכות אותם לסופרהידרופוביים.

פרופ' קאבפור Kavehpour,  P) ), מהמחלקה להנדסה מכאנית ואווירונאוטיקה באוניברסיטת UCLA , התחיל להתעניין בנוצות של פינגווינים כשצפה ב...סרט טבע.
"הבחנתי שהפינגווינים יוצאים החוצה ממים קרים מאוד, וחיים בטמפ' קרות מאוד, התפלאתי לראות שלא הצטבר קרח על נוצותיהם".
סקרנות זו הניעה מחקר מדעי, והוקם צוות מחקר הכולל גם מומחית לפינגווינים.  החוקרים השתמשו במיקרוסקופ אלקטרוני לניתוח נוצות הפינגווין, וגילו שהנוצות מכילות נקבוביות קטנות הלוכדות את האוויר והופכות את פני השטח לדוחי מים בצורה קיצונית. החוקרים גם הבחינו שהפינגווינים, בדומה לעופות מים אחרים,  מושחים שמן המיוצר בבלוטה הנמצאת ליד בסיס הזנב על נוצותיהם.
 
                                                                     cc 2.0
 
כאשר יש מים על הנוצות, הטיפות מתגלגלות או מנוערות על ידי הפינגווינים. הטיפות מקבלות צורה כדורית הדוחה היווצרות קרח, עקב הפחתת שטח מגע עם הגוף, ופגיעה בזרימת החום. פרופ' קאבפור השווה את זרימת החום לתנועה. חום לא זורם היטב במעבר מהחתך הגדול של אמצע הטיפה לחתך הקטן יותר הנמצא בנקודת המגע של הטיפה עם הנוצות, בדומה לקושי מעבר תנועה משני נתיבים לאחד...
עוד התגלה, שאצל הפינגווינים השוהים באקלים חם יותר, הנקבוביות הקטנות בנוצות לא קיימות, והשמן בו הם משתמשים הוא מסוג אחר, שאינו דוחה מים.
תכונת דחיית המים של נוצות הפינגווין החי באנטרטיקה, תוכל לשמש בעתיד עתיד לתכנון כנפי מטוס דוחות מים למניעת הצטברות קרח, שהוא גורם משמעותי לתאונות אוויריות. בעולם התעופה משתמשים כיום בכימיקלים נוגדי קרח למטרה זו. תהליך זה כמובן יקר, צורך זמן ומזהם מאוד, בהשוואה לפתרון הטבעי.
"קצת אירוני שציפור שאינה עפה תוכל יום אחד לסייע לאווירון לטוס בבטחה" – כך סיכם ואמר פרופ' קאבפור.
 

מה יכול זבוב הפירות להריח?

מאת: אופיר מרום

מדעני המוח הופתעו לגלות כי "האף" של זבובי פירות יכול לזהות ריחות של סמים וחומרי נפץ, כמעט בדיוק כמו ריחות של המזון האהוב עליהם.
"אפים" אלקטרונים מבקשים לחקות את חוש הריח המפותח אצל בעלי החיים, המסוגל לסווג תערובות מורכבות של חומרים באוויר לקטגוריות משמעותיות. לאפים אלקטרוניים שזמינים כיום באופן מסחרי יש 18-2 חיישנים (בעיקר חיישני תחמוצת מתכת) מוטבעים בתוכם, ואילו לרוב החרקים יש בין 300-50 חיישנים ביולוגיים, אשר יכולים לפעול ברזולוציה של אלפיות שנייה - עד 1,000 פעמים מהר יותר מאשר חיישני תחמוצת מתכת .  
חוש הריח המפותח של זבוב הפירות מאפשר לו לנווט במרחב, ולהגיע ממרחק רב בדיוק אל מקור המזון החביב עליו. אך האם הוא מסוגל לזהות באותו דיוק גם חומרים שאינם "מעניינים" אותו? במסגרת מחקר שבוצע באוניברסיטת Sussex, תעדו החוקרים כיצד הגיבו 20 סוגים שונים של קולטני ריח, שמהווים חלק ממערכת ההרחה של זבוב הפירות, כאשר נחשפו לכ-36 כימיקלים הקשורים ליין (ריחות המאפיינים פירות שתססו, חלק משמעותי בתזונה של זבוב הפירות) ול-35 כימיקלים הקשורים לחומרים תעשייתיים מסוכנים. החוקרים מדדו את התגובה החשמלית שמתקבלת מתאי העצב של זבוב הפירות כדי לראות אילו כימיקלים השרו את התגובה החזקה ביותר. לאחר מכן השתמשו החוקרים בתוכנת מחשב כדי לדמות את החלק במוח של הזבוב המשמש לזיהוי, כדי להראות שתגובות שנקלטו הכילו מספיק מידע כדי לזהות ריחות. הדיוק הטוב ביותר בזיהוי החומרים הושג כאשר נעשה שימוש בכל 20 הקולטנים; עם זאת, ע"י שימוש ב-10 או ב-11 קולטנים בלבד ניתן היה לקבל זיהוי נכון של הכימיקל הנבדק בכ- 90% מהמפעמים. לכאורה, חומרים תעשייתיים אלה אינם חיוניים להישרדותו של זבוב הפירות, לכן אפשר להניח שמערכת ההרחה שלו לא התפתחה באופן ספציפי כדי לזהות אותם. אולם, בניגוד לצפיות החוקרים, באמצעות קולטני הריח של זבוב הפירות ניתן היה לזהות בדיוק רב גם את החומרים התעשייתיים.  

המטרה ארוכת הטווח של המחקר היא "לשחזר" אפים של בעלי-חיים עבור יישומים טכניים כגון: זיהוי של חומרי נפץ, נשק כימי, תרופות, מזון מקולקל ועוד מגוון רחב של תרחישים, הדורשים מדידה של מולקולות קטנות באוויר. אולם, לדברי החוקרים, ייצור מחדש של כל האף יהיה מסובך מדי. סביר יותר שניתן יהיה לייצר התקן עם מספר מצומצם של חיישנים. תוצאות המחקר מצביעות על כך שגם התקן חישה המבוסס על כעשרה סוגים של קולטנים יכול לעבוד (מתוך כ- 42 סוגים שונים אצל זבוב הפירות או מתוך כמה מאות אצל כלבים) וכן מצביעות תוצאות המחקר לאילו סוגי חיישנים סבירות גבוהה להתאים לכך.

סיכום הכנס השני לביומימיקרי - אקדמיה ותעשייה

מאת: יעל הלפמן כהן

החודש התקיים "הכנס השני לביומימקרי - אקדמיה ותעשייה" בבית הספר ללימודי הסביבה ע"ש פורטר שבאוניברסיטת תל אביב. הכנס מתקיים זו השנה השנייה בשיתוף לשכת המהנדסים, המעבדה לביומימיקרי בביה"ס ללימודי הסביבה ע"ש פורטר באוניברסיטת תל אביב, וארגון הביומימיקרי הישראלי. בכנס נכחו כ- 200 איש, ומטרתו לגבש קהילה מקצועית שעוסקת במחקר וביישום של תחום הביומימיקרי, ולקדם שיתוף פעולה בין האקדמיה לתעשייה. הכנס ייחודי גם ברמה עולמית, בהיותו פלטפורמה המקשרת בין אקדמיה והתעשייה.
המושב הראשון של הכנס, שעסק במחקרים אקדמיים, נפתח בהרצאתה של ד"ר יעל זילברשטין-קרא, מהמחלקה לנוירו ביולוגיה במכון ויצמן, בנושא: מערכת חישה המבוססת על עקרונות ביומימטיים המקדמים תהליכי תפיסה ואימון חושי. מר אלדד אסא, דוקטורנט במחלקה לנוירו ביולוגיה במכון ויצמן הציג מחקר שעסק אף הוא בתהליכי תפיסה, אך הדגים כיצד למדל תהליכי תפיסה במעגל סגור, וכיצד ניתן להשתמש בהם ביישומים רובוטיים. היבט נוסף של מידול רשת עצבית הודגם על ידי הגב' אורלי רחמינוב, שהציגה את פרויקט מוח העטלף, החותר לייצר רשת עצבית בעלת אינטליגנציה מלאכותית, המבוססת על מנגנון ההתמצאות במרחב של העטלף בעזרת תהודה קולית (אקולוקציה). ד"ר גבור קושה מביה"ס להנדסה מכאנית באוניברסיטת תל אביב הציג מגוון פרויקטים ביומימטיים רובוטיים, ביניהם מחקר נוסף המחקה את יכולת ההתמצאות של העטלף ביישומים חקלאיים שונים, למשל: זיהוי פלפלים ירוקים בשדה ירוק בזמן הקטיף.

המושב השני של הכנס, שעסק אף הוא במחקרים אקדמיים, נפתח בהרצאתה של ד"ר יעל הלפמן כהן, מנכ"ל ארגון הביומימיקרי ומנהלת המעבדה לביומימיקרי באוניברסיטת תל אביב, שהציגה את שיטת התכן הביומימטית המבנית, המבוססת על מבנים חוזרים בטבע ויכולות מידול והפשטה מתחום ה- . TRIZ השיטה נתמכת על ידי בסיס הנתונים Find Structure, המאפשר חיפוש פתרונות ביולוגיים הממודלים לפי מבנים ופונקציות. מבנה מעניין נוסף שנדון בהרחבה הוא מבנה הטנסגריטי, מסבך המורכב מכבלים ותומכנים, שנעשה בו שימוש אדריכלי עוד לפני שנחקר בטבע, אך הבנתו הועמקה לאחר חקר של מבנים אלו בטבע. מר דניאל כהן מביה"ס להנדסה מכאנית באוניברסיטת תל אביב, הציג את מחקרו אודות שיטת בקרה למבני טנסגריטי, היכולים לחוש את סביבתם. שני המחקרים האחרונים במושב זה עסקו בחרקים סוציאליים ובנחילים. גב' לולה אלון, מהפקולטה להנדסה אזרחית והנדסת סביבה בטכניון, הציגה עקרונות שזוהו בהליכי בניה של חרקים סוציאליים כמו נמלים, המאופיינים בארגון עצמי ובהעדר שלטון מרכזי, ודנה ביכולת שלהם להשפיע על תעשיית הבנייה האנושית. מר גיל סגל, סטודנט לתואר שני בפקולטה להנדסה מכאנית, הציג תובנות מנחיל הארבה, המצטיין בתנועה מתואמת באופן יוצא דופן. במחקר שהוצג ניסו החוקרים להבין כיצד מתורגמת התנהגות של כל פרט להתנהגות קולקטיבית של הנחיל, לצד - כמו תמיד - יישומים אפשריים לתובנות הנלמדות.
המושב השלישי של הכנס עסק ביישומים ביומימטיים בתעשייה. הוא נפתח בהרצאה של האדריכל מוטי בודק, שהציג מגוון פרויקטים אדריכליים השואבים את השראתם ממערכות שלדיות ומבניות הקיימות בטבע, ומהוות מודל למעטפות קונסטרוקטיביות גמישות, יציבות ויעילות. דורון בן עמי, מנכ"ל טריטקום, הציג  צנתר חדשני לטיפול בשבץ מוחי איסכמי (חסימתי). הצנתר תוכנן בהשראת עקרונות מהטבע ומיוצר מחומרים חומרים ידידותיים, שנועדו להבטיח תפעול פשוט למטפל, יעילות גבוהה בפתיחת החסימה, מהירות בטיפול ובטיחות גבוהה למטופל. מר תומר פוקס, מנכ"ל חברת סילנטיס, הציג דבק רקמות ביומימטי נטול חלבונים, נספג בגוף, ידידותי לגוף ובעל כושר ספיחת נוזלים, המיועד למגוון רחב של אינדיקציות רפואיות. הדבק מבוסס על מנגנון ההדבקה של אצות ים, הנדבקות למשטחים שונים בסביבה של כוחות חזקים. את המושב חתמה הרצאתה של ד"ר דפנה חיים לנגפורד, יו"ר ארגון הביומימיקרי הישראלי, שנתנה מבט חדש ומרענן על אסטרטגיות עסקיות. תהליכים של אבולוציה וקו-אבולוציה (אבולוציה משותפת) במערכות טבעיות תורמים להבנת תהליכים אנלוגיים בעולם העסקי. מגוון דוגמאות של חדשנות  טכנולוגית עסקית הוצגו בראי של תהליכי אבולוציה משותפת.
הכנס נחתם בהצגת אבני דרך משמעותיות בקידומו של תחום הביומימיקרי ברמה העולמית: הפקדת תקני ISO ביומימטיים, פתיחת מרכזים אקדמיים בעולם, גידול במספר הפטנטים ותכניות חינוך חדשות. לסיום הוזכרו מחקרים ביומימטיים בתחום של הדפסה תלת ממדית ופוטוסינתזה מלאכותית, מחקרים שעשויים לשנות את עתידנו, והשאירו אותנו עם ציפייה לבאות.

לאתר הכנס