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 2016

קוראים יקרים שלום,

ההרשמה לקורס ביומימיקרי בשיתוף לשכת המהנדסים בעיצומה !  מהרו והבטיחו את מקומכם. מספר המקומות מוגבל. לפרטים והרשמה 

מצורף קול קורא לתערוכה חומר, צורה ותפקוד- עיצוב בעקבות הטבע, שתפתח בחודשי הקיץ בגלריה לטבע על שם גייל רובין בתחנה לחקר ציפורי ירושלים  - החברה להגנת הטבע. התערוכה בשיתוף ארגון הביומימיקרי הישראלי.

החודש נרחיב  על חומרים פורצי דרך בהשראת הדיונונים, על תקווה אופטוגנטית לפגועי ניוון ראייה, על תחום ההדפסה התלת ממדית ממבט ביומימטי, ועל שלד של ציפור כמבנה אופטימאלי לתעופה

בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

אומן התחפושות בשירות המדע

מאת: עדי וייס
 
האם קיים ''חומר מושלם'', שמסוגל להסוות משטחים שלמים על פי הזמנה? האם אנחנו קרובים להמצאת הצוללת הבלתי נראית הראשונה?
קבוצת חוקרים מאוניברסיטתRice  בשיתוף עם אוניברסיטת Maryland, החליטה לקחת על עצמה את האתגר ולהנדס חומר שמסוגל לעשות בדיוק את זה. איך? פשוט. הם פנו למומחי ההסוואה הגדולים של הטבע - סדרת הדיונונים.
הדיונון, כרכיכה השייכת למחלקת הראש רגליים (סילוניים), נמנה על חסרי החוליות שלהם מבנים משוכללים  במיוחד - עיניהם של דיונונים ותמנונים התפתחו במקביל וללא קשר לעיניים של חולייתני יבשה, ובכל זאת, הן יעילות כמעט באותה מידה. הדיונון וקרובי משפחתו מסתמכים על שלל תכונות כדי לשרוד מתחת למים, ביניהן יכולות מרשימות של תמרון ותאוצה ממהירות אפס, מסכי דיו ואפילו מקור עם ארס!


                                          תמונה מאת CC 4, Atsme 
 
אבל כל אלה גם יחד לא משתווים ליכולות הסוואת העל שלהם. לראש רגליים יש בעור חלבוני אופסין (opsin) הדומים לאלה שיש לנו בעין. העור עצמו בנוי שכבה פנימית של תאים כרומטופוריים (תאי צבע בצבעי היסוד), המפיקים צבע בהתרחבות ומעלימים אותו בהתכווצות. הסינרגיה המושלמת ביניהם מאפשרת לדיונון לשנות את הצבעים על פני השטח של גופו בתוך שניות בהתאם לדפוסי סביבתו. בליגת משני הצבע, בהשוואה אליו, הזיקית תצטרך להסתפק בפרס תנחומים.
באוניברסיטת Rice עובדים כבר משנת 2010 על חומרים פורצי דרך, בהשראת מחלקת הראש-רגליים. הטכנולוגיה החדשה משתמשת בסידור מיוחד של ננו-חלקיקי אלומיניום ליצירת קשת גווני אדום, כחול וירוק ברמה של מסכי LCD. לעומת חלקיקים בעלי צבע, מערכי הסידור האלה לא דוהים בחשיפה מתמשכת לאור, וצבעם חד וברור. החוקרים מקווים לשכלל טכנולוגיה זו ליצירת חומרים שיוכלו ''לחוש'', דרך פיזור האור, את דוגמת הסביבה ולשנות את צבעם בשניות לכדי העתק שלה. לטכנולוגיה מרהיבה כזו יש יישומים אפשריים רבים; בין היתר בתחומי ארכיטקטורה, צבא, רפואה ואחרים.


 סרטון הסבר של קבוצת המדענים שחוקרת את עור הדיונון בהקשר ביומימטי

הסבר של ה- BBC וניסוי כיצד דיונון ישתלב בסלון עם דוגמאות שונות?


 


 




ירוק בעיניים – תקווה אופטוגנטית לפגועי ניוון ראייה

מאת: שמעון בוגן

"קלאמי", האצה החד-תאית הירוקה Chlamydomonas reinhardtii  פופולרית מאד בקרב גנטיקאים ונוירופיזיולוגים. יצורים צמחיים אלו מצוידים בזוג שוטונים ונעים בהמוניהם אל אור השמש כדי לבצע תהליך פוטוסינתזה למחייתם.
 
אברון החישה של האצה, ה"עין", הוא לא יותר מצבר של חלבונים מסוג channelrhodopsin-2  על דופן התא. החלבון "חש" אור ומעביר את המידע כאות חשמלי להמשך עיבוד ולתגובה. המבנה המרחבי של החלבון ערוך ליצירת תעלות. תעלות אלה נפתחות בהשפעת קרני אור באורכי גל מוגדרים, בדומה לאישון או לצמצם במצלמה, ומאפשרות מעבר של יונים פשוטים דרך קרום התא, מהסביבה המימית אל תוך נוזל התא. יונים אלו מניעים שרשרת אותות ותגובות, בדיוק כמו התהליך הביופיזי שמתרחש בתאי עצב אצל בעלי חיים.



 נמצא שחלבונים בעלי תפקוד זהה, אך בעלי מורכבות וסיבוכיות גבוהה, הם החוליה החסרה בתהליך הראייה אצל בעלי חיים, כולל בני אדם, שסובלים מהתנוונות הראייה עקב דלדול והיעלמות המדוכים (cones) והקנים (rods) ברשתית העין, במחלות הניווניות  retinitis   pigmentosa  או Age- related Macular Degeneration (AMD)   
 . החדשות הטובות הן שהמשך השרשרת העצבית לא נפגע ומסוגל לתקשר היטב עם מרכז הראייה במוח. 
 
הchannelrhodopsin-2 (ChR2)  הוא חלבון בודד שמקודד ע"י גן בודד. לכן הוא מועמד אידיאלי לריפוי גנטי של המחלות שהוזכרו. ב 2006 ביצעה הקבוצה של ד"ר Zhou Hua Pan הזרקה של נגיף מהונדס והשתלה של הגן ברשתיות פגועות של עכברים שראייתם התנוונה. תפקודי הראייה חזרו למצב תקין כעבור פחות משלושה חודשים, בניסיון הראשון !  (קישור)

החל מדצמבר 2015 מתבצע טיפול ניסיוני של הריפוי הגנטי ממקור צמחי, באישור ה FDA, ב 15 בני אדם חולים ראשונים.


ידיעה זו נכתבה בהשראת רצף אירועים קשורים, שראויים לציון בבלוג:
  • הוענק אישור FDA להתחלת טיפולים ניסיוניים בבני אדם שלקו בעיוורון ניווני, ע"י הזרקה של תרופה גנטית "יתומה" לרשתית העין. האישור ניתן לחברת  RetroSense Therapeutics LLC, מישיגן, עבור יישום מיידי של התכשיר 001-RST, החל מסוף אוגוסט 2015.
  •  פיתוח ביומימטי, הצגה, רישוי והפעלה של עין "ביונית" מושתלת             
  • יצא לאור הספר  Optogenetics: Light-Sensing Proteins and Their Applications   בעריכת      H. Yawo, H. Kandori, ,A. Koizumi‏ הוצאת Springer, יוני 2015. 
, H. Yawo, H. Kandori,A. Koizumi‏ הוצאת Springer, יוני 2015.



 
 

 


 

הדפסה מקיימת בתלת-ממד

מאת: זיו כהני

תחום ההדפסה בתלת-ממד מרתק את כל העולם מזה כמה שנים. היכולת ליצור משהו משום דבר היא חדשנית, מרתקת, וממש גובלת בלא יאומן!

אה, רגע, בעצם הטבע מייצר ככה דברים כבר אינספור שנים...

חברת AUTODESK הייתה, למעשה, החברה הראשונה שהציגה לשוק תוכנת CAD (תיב"מ- תיכנון בעזרת מחשב) מבוססת, יציבה ויעילה, שהקלה על חייהם של מהנדסים ושרטטים רבים מספור. בכוונה להוביל בחדשנות גם בתחום המתפתח של הדפסה בתלת-ממד, מחפשת AUTODESK את הערך המוסף שיוכל לתת לה את העמדה הזו. AUTODESK מנסה להשיג זאת בעזרת גישה שתאפשר ליצור טכנולוגיית הדפסה תלת-ממדית יותר מקיימת ויותר ידידותית לסביבה מאלה שקיימות היום.
כבר היום, ייצור בעזרת הדפסה בתלת-ממד נחשב למקיים יותר מכל טכנולגיית ייצור אחרת, בזכות ניצול מיטבי של חומרי גלם, חיסכון בצריכת אנרגיה, והאפשרות לייצור מקומי עם פחות שינוע ופחות משלוחים.


                                                תמונה מאת  CC Jibi44 
מתוך כל אלה, החלק המאתגר ביותר הוא מציאת חומר הגלם הידידותי לסביבה. החומרים שמשתמשים בהם היום מבוססי נפט, מסוכנים לסביבת החי והצומח בעיקר בשלב הנוזלי, לפני שהם מתמצקים (הסכנה בעיקר לחי ולצומח הימי, ולכן חל איסור לזרוק את החומר לביוב). מציאת חומר גלם פולימרי ששימוש בו פותר את הבעיות האלה, היא משימה מאתגרת מאד. למטרת מציאת החומר המתאים פנתה  AUTODESKלמחקר משותף עם "מרכז ברקלי לכימיה ירוקה" שבאוניברסיטת קליפורניה ומכון הביומימיקרי האמריקאי. השילוב הזה מאפשר סינרגיה בין כימאים, פיזיקאים, מהנדסים, מדעני סביבה, אנשי עסקים ובריאות הציבור - אותה האינטגרציה שמתאפשרת בעולם הביומימיקרי, אולי יותר מבכל תחום אחר בעולם.
כמו במקרים רבים אחרים שאנו מציגים בבלוג, גם כאן בAUTODESK- הבינו שצריך בעיקר לפתוח עיניים, להסתכל סביב ולבחון מה הטבע עושה. אותו טבע שמייצר סביבנו יש מאין כבר אינסוף שנים, כולל שימוש בפולימרים.

למקור הידיעה

בעצם – זה קל!

שלד של ציפור מדגים מבנה אופטימאלי לתעופה. הוא חזק, נוקשה וקל.

מאת: יעל הלפמן כהן
 

מערכות שלדיות של ציפורים, המצטיינות בחוזקן ובמשקלן הקל, הן נקודת התחלה טובה לפיתוח חומרים חזקים. כבר במאה ה-17 תיאר גלילאו עצמות של ציפורים כחלולות וקלות. העצמות בנויות ממבנה ספוגי של תומכות וביניהן חללים. זהו אחד המבנים החוזרים בטבע, המבטיח חוזק  יחסית למשקל. 

בראי האבולוציה, עצמות הציפורים קלות יחסית לעצמות האבות הקדמונים שלהם. הן גם קלות יחסית לעצמות של יונקים. עצם ציפור באותו אורך של עצם יונק – על פי רוב קלה יותר. הקלות היחסית של מבנה השלד של הציפור מאפשרת מזעור האנרגיה הנדרשת לתעופה. המסה של בעל החיים, ביחס למשטח המייצר עילוי, היא המפתח לקביעת המחיר המטבולי של התעופה. ואכן, במהלך האבולוציה של הציפורים, התפתחו אדפטציות (התאמות) שונות לחיסכון במשקל, הבאות לידי ביטוי במבנה העצם ובצורתו, רבות מההתאמות האלה גם מחזקות ומקשות את העצם, בנוסף להפחתת משקלה. 
 
 
במחקר שפורסם בעיתון האקדמי The journal of the royal society , נערכה השוואה בין צפיפות הסידן בעצמות של ציפורי דרור, מכרסמים ועטלפים, על ידי מדידת מסת העצם ונפחה. נמצא שבממוצע, צפיפות העצם גבוהה יותר בעצמות הציפורים ומעט אחריהן בעצמות העטלפים. כאשר צפיפות העצם גדלה, כך גדלה גם נוקשות העצם וחוזקה.  גידול בצפיפות העצמות בציפורים ועטלפים משקפת אדפטציות למקסום חוזק העצם ונוקשותה, תוך מזעור המסה שלה ונפחה.  
נתונים אלה מראים שלא רק לצורת העצם יש תפקיד משמעותי באבולוציה של התעופה, אלא גם לתכונות רקמת העצם. מחקר זה גם מסביר מדוע עצמות ציפורים שנראות דקות ועדינות, תורמות למסת הגוף באותה מידה כמו עצמות של יונקים יבשתיים (בשל צפיפותן הגבוהה). 
 נוקשות וחוזק החומר הם שני קריטריונים לאופטימיזציה בתכנון רכיבים לעולם התעופה. זוהי דוגמא אחת ליישום ביומימטי אפשרי. יש לכם עוד רעיונות?