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.

חד(ש)נות מהטבע מרץ 2016

קוראים יקרים שלום,

שמחים לבשר כי החלה ההרשמה לתוכניות ביומימיקרי לשנת הלימודים הבאה: תכניות לבתי ספר יסודיים ולחטיבות הביניים. הטבות למקדימים להירשם. לפרטים ומידע: Info@biomimicry.org.il

קול קורא לארגונים עסקיים המעוניינים להשתתף בהעברת תכניות ביומימיקרי בבתי הספר בקהילה, במסגרת אחריות חברתית שבצידה ערך מוסף של חשיפה למתודולוגיית חדשנות מובילה – מוזמנים ליצור קשר לקבלת פרטים ומידע. Info@biomimicry.org.il

החודש נרחיב על חברת REGEN Energy שפיתחה מערכת לניהול אופטימאלי של צריכת אנרגיה, על בסיס נחיל דבורים, על כלי תעופה ממוזער (Micro Air Vehicle) בהשראת הדרך שבה בז מסוג Kestrel מרחף מעל הטרף, ועל הספנדון, אורגניזם  לא מוכר ממשפחת הזוחלים, המדגים יכולות ומנגנונים מעניינים ומעוררי השראה.

בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

מאובן חי בחזית האבולוציה

מאת: עדי וייס

למרות שבעבר חי בכל ניו זילנד, הספנודון (טואטרה בשפת המאוֹרים של ניו זילנד) שוכן כיום רק באיים המרוחקים מחופי ניו זילנד, ונמצא בסכנת הכחדה. הוא ממוקם באחת הפינות היותר נידחות באבולוציית הזוחלים. אמנם הוא קרוב ללטאות ולנחשים, אך הוא אינו לטאה וגם לא נחש. שני מינים בלבד קיימים תחת הסוג ספנודון, והם מייצגים אותו בגאווה כבר 65 מיליון שנה, כלומר מאז עידן הדינוזאורים.

ככל זוחל, עורו של הספנודון בנוי קשקשים. על גבו בליטות משוננות שהעניקו לו את משמעות שמו המאוֹרי - ''בליטות על הגב''. הבליטות אינן קשיחות. הן רכות וגמישות ומשמשות אותו בטקסי חיזור.  לאחר ההזדווגות, הנקבה מטילה כתריסר ביצים בתוך גומה באדמה, שם הן נשארות לרוב מעל לשנה(!) עד שיבקעו. אורכו יכול להגיע עד מטר בבגרות.  בין שלל תכונותיו, לספנודון מערכת שיניים ייחודית, בשונה מזוחלים אחרים, ובחודשי חייו הראשונים יש לו גם בעין שלישית, שיכולותיה צנועות לעומת עיניים רגילות, והיא קבועה במעלה ראשו. משערים כי עין זו נועדה להבחין בין אור וצל, או לספוג קרני אור אולטרה סגול. לאחר כמה חודשים הקשקשים גדלים מעליה והיא נסגרת. חילוף החומרים שלו איטי, בדומה לזוחלים אחרים, עובדה שמאפשרת לו חיים ארוכים למדי. לא ידוע עדיין כמה שנים בדיוק יכולים ספנודונים לחיות, וההשערות הן סביב ה-150 שנה, ומציבות אותו בשורה אחת עם שיאני חיים אחרים, דוגמת רחוקי משפחתו הצבים.
רוב הזוחלים זקוקים לטמפ' גבוהות יחסית כדי לחמם את גופם, ואילו הספנודון מעדיף דווקא קור. הטמפרטורות הנוחות ביותר עבורו הן cº16-cº21, וטמפ' הגוף הממוצעת שלו תהיה לרוב מתחת ל-cº10. זוחלים מעטים בלבד שוכנים באזורים שהאקלים בהם קריר ולא מדברי או טרופי, לא כל שכן פעילים במזג אוויר קר.  

                                    תמונה מאת CC 3.0  KeresH

  הכינוי ''מאובן חי'' לא בדיוק הולם את הזוחל, מכיוון שהספנודון גם מחזיק בשיא עולם לא שגרתי: הוא בעל החיים עם ה-DNA  שעבר את האבולוציה המהירה ביותר. מאז התפצל מקרוביו הקשקשאים (הקבוצה אליה שייכים הנחשים והלטאות), עבר רצף ה-DNA  שלו שינויים מהירים כל כך, שבזמן אבולוציוני קצר מאוד הצליח לפתח התאמות שלא קיימות אצל קרובי משפחתו. מהירות כזו של שינוי והסתגלות הייתה ראויה לציון בעיניו של Jason Castriota, ראש מחלקת עיצוב בחברת המכוניות Saab, ובהשראת הספנודון הומצאה מכונית הספורט  SCC Tuatara,שמהירותה יכולה להגיע עד 444 קמ''ש!
הבנת פשר השינויים המהירים ברמה המולקולרית ב-DNA  של הספנודון עשויה לא רק לשפוך אור על ההתפתחות האבולוציונית של הזוחלים, אלא אף לענות על שאלות הנוגעות לרפואה ולטיפול במחלות. קבוצות שונות של חוקרים זיהו את הפוטנציאל המחקרי שבספנודון כבר לפני עשורים, והוא נחקר עד היום.
מקור נוסף

על דבורים, רשתות חשמל, ויעילות אנרגטית

מאת: יעל הלפמן כהן

חברת REGEN Energy פיתחה מערכת לניהול אופטימאלי של צריכת אנרגיה, על בסיס נחיל דבורים.

בשנת 2003 היו בקנדה אירועים רבים של שיבושים באספקת החשמל, שנבעו מביקוש שיא נקודתי בשעות העומס. הפחתת העומס תורמת ליציבות באספקת החשמל לצרכנים, ולהפחתה בפליטת פחמן לסביבה.
כיצד, אם כן, ניתן להפחית את העומס על הרשת בשעות העומס?
מרק קרבל ורומן  קוליק, שני יזמים קנדים בעלי רקע בהנדסת חשמל, מדעי מחשב ומתמטיקה, ובעלי ניסיון בתכנון מערכות תוכנה לניהול אנרגיה זיהו את האתגר, וחיפשו פתרון פשוט ואינטגרטיבי, שיוכל גם להשיא שורת רווח אך גם לפתור בעיה סביבתית ולצמצם את פליטת הפחמן.
בתחילת הדרך זיהו היזמים כי מבני תעשייה הם גורם מפתח ביצירת הביקוש לחשמל. מבנים אלו בארה"ב, למשל, אחראים ל - 39% מצריכת החשמל הכללית בארה"ב. תרומתם לעומס בביקוש אף גבוהה יותר, בשל צרכי הקירור של מבנים אלה בימים החמים של הקיץ. עוד גילו היזמים, שבעלי המבנים מוטרדים מאוד מהעלייה המשמעותית בחשבון החשמל שלהם בתקופות השיא. על ידי הפחתת הצריכה בשעות העומס, המסבירה 20-50 אחוז מהחשבון החודשי, קיים פוטנציאל עצום לחיסכון.
הפתרון שמוצע להפחתת הביקוש בשעות העומס קשור להתנהלות של נחיל דבורים. הדבורים מתקשרות ביניהן ללא שלטון מרכזי, על בסיס כללים פשוטים. התוצאה היא התנהגות אופטימאלית ברמת הנחיל, המכונה אינטליגנציית הנחיל. 



                           תמונה מאת CC 3.0 Sahzade   

היזמים פיתחו אלגוריתם המבוסס על התקשורת בין דבורים, ומאפשר לכל צרכני האנרגיה במבנה ל"תקשר" זה עם זה, ולהרים "דגל אדום" במקרה של צריכת אנרגיה לא הכרחית. צרכני אנרגיה כמו מזגנים, משאבות, מדחסים ודומיהם פועלים במחזוריות. כאשר אין התאמה בין פעולתם, וכאשר הם מופעלים באותו הזמן, נוצר ביקוש שיא.  
הפתרון הביומימטי הוא בקר EnviroGrid ,המקשר בין הבקרים של הציוד בבניין, ופועל כמתג חכם. משך התקנת הבקר הוא כ-30 דקות בלבד, תוך הפרעה מינימלית לתפעול השוטף. כל 2 דקות הבקר דוגם את צרכני האנרגיה, והמידע מועבר לרשת הצרכנים. ברגע שמספר בקרים הופעלו בו זמנית, מופעל תקן Zigbee (פרוטוקול לתקשורת אלחוטית מקומית בגלי רדיו) לקביעת סדר ההפעלה האופטימאלי. כך למעשה, כל צרכן אנרגיה הוא צומת, ברשת שפועלת באופן עצמאי אך מתחשבת במצב הצמתים האחרים. בבניין טיפוסי יש
בין 10 ל- 40 בקרים, העובדים יחד תוך חיקוי התקשורת בכוורת – ככל שיש יותר צמתים ברשת, כך היא יעילה יותר.
התוצאה: הפחתת הביקוש בשעות העומס ע"י איזון ביקושים, שימוש באנרגיה רק בעת הצורך, זיהוי חוסר יעילות והתראה לגביה.
חברת Regen Energy זכתה להכרה ולפרסים, וצמחה והתפתחה למרות התחרות הגבוהה בשוק המערכות לניהול אנרגיה. החברה החלה לפעול גם בארה"ב, כשהיא מציעה צמצום של כ- 20% בחשבון החשמל של הלקוחות, והחזר השקעה אטרקטיבי של 1.2 שנים על המערכת.
 
 

שילוח בהשראת הבז

מאת: דפנה חיים לנגפורד

מדענים מאוניברסיטת RMIT  מלבורן, אוסטרליה, פיתחו  את ה MAV, כלי תעופה ממוזער      (Micro Air Vehicle) בהשראת הדרך שבה בז מסוג Kestrel מרחף מעל הטרף.

ה Kestrel מאופיין בכך שהוא מרחף בגובה של 20-10 מטר מעל הטרף בלי להניע את הכנפיים, וברגע המתאים הוא צולל מטה לעבר הטרף (יונקים קטנים, לטאות או חרקים גדולים). באוניברסיטת RMIT שאבו השראה מאופן הריחוף של הבז מעל הטרף ופיתחו כלי תעופה זעיר בעל כנף מקובעת, שמסוגל להגיע לגבהים תוך ניצול תנועות אוויר כלפי מעלה.

העובדה שציפורים מנצלות זרמי אויר כדי לנסוק מעלה תוך חיסכון אנרגטי ידוע זה מכבר. זרמי אויר נוצרים כשרוח פוגשת מכשול טבעי או מלאכותי כמו צוק, או בעקבות הבדלי טמפרטורה בין האוויר לבין האדמה. עם זאת, ריחוף ללא הנעת הכנף, מאפשר לבז להישאר עם ראש יציב ולאתר בדיוק מרבי את הטרף על הקרקע. הריחוף הקבוע והמדויק של הבז הוביל את החוקרים לנסות ולפתח כלי תעופה ממוזער המבוסס על טכניקת הריחוף באמצעות הרוח בהשראת הבז.
 
 
                                                 תמונה מאת Frebeck , CC 3.0

החוקרים השתמשו בפוליסטרין (קלקר מוקצף) בצורת מפרש כחלק מפלטפורמת הניסוי. החומר הקל אפשר לחוקרים לבדוק את ה MAV בשטח תוך ניצול מספר יתרונות, כולל היכולת לעוף ברוחות חלשות יחסית תוך בקרה משמעותית בתנועה מהירה. אחרי פיתוח לוח בקרה בגודל של 2.6X3.6 ס"מ וחיבורו ל GPS, ה MAV נוסה ליד גבעה ובצמוד לבניין. לצד הגבעה, ה MAV הגיע לגובה של 120מטר ועף באופן אוטונומי עד שהסוללות התרוקנו, ואילו בצמוד לבניין החזיק ה MAV מעמד בתעופה רק 20 שניות. בשלב זה, ה MAV פועל בטווח מהירויות רוח מצומצם ללא אנרגיה חיצונית, ציפורים מתגברות על בעיה זו על ידי שינוי מבנה הכנף והנעת הנוצות.

צוות החוקרים עומל בימים אלו על חיקוי אופן שינוי תצורת הכנף והנוצות של ציפורים במטרה לשפר את יעילות ההמראה של ה MAV.

כלי תעופה ממוזערים שמנצלים את אנרגית זרמי הרוח יוכלו לשמש בעתיד להעברת חבילות, למשימות מעקב וכמובן למשימות של חיפוש והצלה במוקדי אסון. שימוש בזרמי אויר מייעל את הניצולת האנרגטית ולכן יאריך את טווח הפעולה של כל כלי תעופה זעיר.