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 יולי 2016



קוראים יקרים שלום,
 
לקראת תחילת שנת הלימודים והשקת BIOX, הפלטפורמה הפדגוגית של ארגון הביומימיקרי הישראלי, מוצע לראשונה קורס הסמכה להוראת ביומימיקרי. הקורס מוצע למורים ומנחים המעוניינים לרכוש את הידע והכלים להוראת התחום בצורה שיטתית ומובנית. הצטרפות אנשים שאינם מתחום ההוראה – על בסיס מקום פנוי.
הקורס יתקיים ברמת הנדיב, בסביבת למידה נעימה, שקטה וטבעית.
לפרטים וסילבוס:http://biomimicry.org.il/course/index.html
 
מצורף קול קורא לחוקרים ממוסדות אקדמיים בתחומי מדעי החיים / ביומימיקרי להצטרף למאגר חדש שמטרתו לקשר בין האקדמיה, התעשייה, והמגזר החינוכי. המאגר פתוח לחוקרים, דוקטורנטים ומסטרנטים מכל המוסדות להשכלה גבוהה בישראל. הצטרפו לעשרות החוקרים שכבר נרשמו. להלן הקישור

בידיעון זה נסקור טכנולוגיות שונות לניקוי צימדה מכלי שיט בהשראת בעלי חיים ימיים, נספר על חומר דוחה לכלוך ומים בהשראת כנפי היונה ועל רובוט שפותח בהשראת ה...מקק. כמו כן, נשתף אתכם בחוויותיו של גיל וויזן ואילנית החלב.

בברכת קריאה מהנה והמשך חופשת קיץ בטוחה ונעימה
 
צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

חומר הגנה דביק של אילנית החלב

מאת: גיל וויזן

למינים רבים של דו-חיים יש מנגנוני הגנה הנסמכים על הפרשות חומרים דרך העור. רוב החומרים האלה מכילים רעלנים חזקים המיועדים לנטרל טורף אפשרי, אך קבוצה אחת של צפרדעי עצים זכתה לתשומת לב מיוחדת בעקבות הפרשות ההגנה שלה: אילנית החלב.
למין זה של דו-חיים  הפרשה עורית סמיכה ודביקה במיוחד, הנצמדת לתוקף ומבודדת אותו, ובמקביל מאפשרת לצפרדע להימלט. גיל וויזן, אנטומולוג מוסמך מאוניברסיטת תל אביב, פגש באילנית ממין זה בזמן שסיקר מיני חרקים ועכבישנים ביערות הגשם של האמזונס במזרח אקוודור.
התמונה באדיבות גיל וויזן
 "הוזעקתי באישון לילה לחדרי המקלחות בתחנת המחקר" סיפר גיל, "שם גיליתי אילנית גדולה מהמין Trachycephalus venulosus  מחבקת את אחד מראשי המקלחת. אמנם לא הכרתי את המין הזה, אבל החלטתי להסירה ולשחררה באזור סמוך. זו הייתה טעות מרה. תוך שניות ידי מלאו עיסה לבנה דביקה, סמיכה כמו דבק נגרים". אילניות החלב מתגוננות מטורפים על ידי הפרשה מהירה של חומרים דרך עור הגב. להפתעתו של החוקר, הניסיונות לשטוף את החומר במים רק החמירו את המצב. "ההפרשה הדביקה הזאת אינה מסיסה במים, ואף הופכת לצמיגית יותר ככל שמנסים להסירה. המעניין הוא, שבמגע עם עור האילנית החיכוך של החומר הוא מינימלי, עובדה שמאפשרת לאילנית להחליק מאחיזתו של הטורף ולנתר לחופשי". וויזן מדווח שבילה שעות בניסיון להסיר את החומר מידיו על ידי קרצוף וגרוד.
אילניות חלב מוכרות בעיקר בתור חיות מחמד בזכות מזגן הנוח וצבעיהן העזים. עם זאת, כאשר הן מרגישות מאוימות הן לא מהססות להשתמש בנשק שלהן - חומרים כימיים. ההרכב הכימי של ההגנה העורית אינו ידוע במלואו, אך ייתכן שיש לו פוטנציאל ליישום רפואי או בתעשייה. לחומרים אלה אופי בסיסי (אלקאלי) ומספר מרכיבים רעילים, אך אין עדויות לכך שהם מסוכנים לאדם. התכונות הפיסיקליות של ההגנה העורית מעניינים עקב היותם בלתי מסיסים במים, ובזכות כושר ההצמדות הסלקטיבי והאלסטיות שלהם במגע עם חומרים מסוימים מחד, ומאידך מכושר הדחייה שלהם כלפי חומרים אחרים. ייתכן שבעתיד ייעשה שימוש בחומרים סינתטיים המבוססים על תכונות ההגנה העורית של אילנית החלב.

ג'וקים - מכל מלמדי השכלתי (לא לבעלי לב חלש)

מאת: דפנה חיים-לנגפורד

חוקרי חרקים בעולם יאמרו לכל קטני האמונה, ולאלו שעושים עכשיו פרצוף מבוהל או נגעל (...), שהיצורים האלה נמצאים בעולם ולא השתנו הרבה כבר למעלה מ-250 מיליון שנה. התיקנים הם מסדרת התיקנאים וקיימים בכדור הארץ כ-3,500 מינים שונים שלהם. כאוכלי כל (נושכים ולועסים), הסתגלו התיקנים לסביבת האדם, ובהתאם לכך תפוצתם הרחבה.
פרט לעובדה שהם מתקיימים בכל מקום כמעט, ידוע כי הם מסוגלים לשרוד כשבוע בלי מזון. תכונה מעניינת נוספת שתרמה לכושר השרידות הגבוה של התיקן היא יכולתו לזהות איום ולברוח במהירות שיכולה להגיע, במקרה של התיקן האמריקאי, לכ- 5.4 קמ"ש (מקביל לריצה אנושית של 330 קמ"ש במדידה של מרחקי גוף). התיקן ימשיך לרוץ עד שיקבל מהסביבה סיגנל שהוא נמצא בתנאי חושך.
אחת התכונות שעוררו סקרנות רבה בקרב זואולוגים מאוניברסיטת ברקלי היא יכולתם של התיקנים להידחק לחריצים קטנטנים תוך כדי תנועה מהירה ולהמשיך בתנועתם כשהם "מעוכים" לחצי מגובהם. לדעת החוקרים, תכונה זו יכולה להיות בעלת חשיבות עליונה ברובוטים המיועדים למבצעי חילוץ והצלה באזורי אסון.
יכולתם של המקקים להמשיך לרוץ בתנאי "מעיכה" מתאפשרת על ידי כוונון מחדש של הגפיים שלהם לכיוון הנגדי תוך שהם שורדים כוח גדול, פי 900 ממשקל גופם, ללא פגיעות.
בהשראת תכונות אלה פיתחו חוקרים מאוניברסיטת ברקלי רובוט ניתן למעיכה. בשעת מעיכה, זרועות הרובוט פונות כלפי חוץ בדומה למנגנון שנמצא אצל התיקנים. הרובוט נקרא CRAM (Compressible Robot with Articulated Mechanisms) ומעבר ליכולתו לנוע במהירות ולהמשיך לנוע כמו התיקן גם בחריצים שאפשרו רק את מחצית גובהו, הרובוט צופה בפלסטיק גמיש אך קשה, שידמה את השלד החיצוני של התיקן, המאפשר לו את אותה תכונה מופלאה של הידחקות למקומות קטנים תוך כדי תנועה.

מעלה לוטוס ועד כנפי היונה – משטחים דוחי מים ולכלוך

מאת: יעל הלפמן כהן
במחלקה לפיסיקה שבאוניברסיטת אריאל, חוקר פרופ' אדוארד בורמשנקו משטחים דוחי מים בטבע, ומפתח חיקויים ביומימטיים שלהם.
בורמשנקו, פרופ' לפיסיקה מאוניברסיטת אריאל, חוקר את התכונות הפיסיות של פני השטח למעלה מ- 20 שנה. מחקריו המוקדמים עסקו בעלה הלוטוס, עליו כבר כתבנו בעבר בידיעון זה.  לפני שנים, כשבתו שיחקה בגשם, היא הסבה את תשומת ליבו לציפור יבשה, נראה היה שנוצותיה בלתי חדירות למים.
זה היה רגע האאוריקה, ה- BIO_WOW,  שפתח בפניו נתיב מחקרי חדש. מאז חוקר בורמשנקו כנפי ציפורים, ומפתח דרכים לחקות את יכולת דחיית המים (סופרהידרופוביות) שלהם. משטח כנף היונה (כמו כנפי ציפורים אחרות) הוא מעיל גשם מושלם, מרחיק מים ומונע מלכלוך להידבק לגוף. באמצעות טכניקות מפיסיקה ומננוטכנולוגיה הצליח בורמשנקו לחקות את המשטח ולייצור פולימר סופרהידרופובי.
"הכול נובע מהקשיחות של הנוצות. משטח הנוצות מכוסה בחריצים זעירים ברמת הננו, ברוחב של בין 100 ננומטר ל- 10 מיקרון".  
החריצים הייחודיים לוכדים שכבת אוויר מסביב לנוצה, ומונעים מנוזלים להתחבר למשטח הכנף. מבנה זה עומד בסתירה לדעה הרווחת שנוצות ציפורים מכוסות שמן, פתרון המצוי אצל בעלי כנף שחיים על המים (כמו הברווזים למיניהם).
יישומים למשטחים דוחי מים ולכלוך אפשריים בתחומים רבים, בחומרים אורגניים ואנאורגניים כמו מתכות. בין היישומים האפשריים טקסטיל ואוהלים דוחי מים, אניות בעלות פני שטח דוחה לכלוך, המפחית את הצורך בניקוי (אניות ומכליות מנוקים אחת לשנה בדרך כלל, בתהליך שאינו ידידותי לסביבה הצורך זמן, ומשאבים). יישומים נוספים אפשריים גם בתחום הרפואי, משום שמשטחים סופר הידרופוביים דוחים גם נוזלים אחרים, כמו שתן ודם, בנוסף למים.
לנוח כנראה הייתה סיבה טובה לשלוח דווקא את היונה מחוץ לתיבה לחפש יבשה, ולנו, המהנדסים והמתכננים, יש כנראה הרבה סיבות טובות ללמוד מפתרונות תכנוניים של הטבע.
מקור הידיעה

מניעת ציפוי ביולוגי תת מימי על כלי שייט בהשראת בע"ח ימיים (חלק 1)


מאת: יוסי כהן
צימדה, או ציפוי ביולוגי (ביופילם) תת מימי (Marine Biofouling) מורכב ממושבות של אורגניזמים כמו בקטריות, מיקרו-אצות, אצות, פטריות, סרטנים וחסרי חוליות, הנדבקים לגופי כלי שייט. הצימדה גורמת לבעיה חמורה של הגדלת הגרר של כלי השייט ולהאטה במהירותו, ולבזבוז רב של אנרגיה. תופעה זו גורמת גם לשינוי האקוסיסטמה, עקב שינוע אורגניזמים זרים מנמל אחד למשנהו באזורים גאוגרפיים שונים. 

השיטה המקובלת למניעת היווצרות ציפוי ביולוגי זה על גופים תת מימיים היא צביעתם בצבעיAntifouling . החיסרון העיקרי בשיטה זו הוא שצבעים אלה מכילים יסודות כימיים רעילים כמו בדיל או נחושת, המשתחררים לסביבה הימית ופוגעים בחי ובצומח שבה, לכן השימוש בצבעים מסוג זה נאסר, ומדענים החלו לחפש תחליפים מונעי צימדה (Antifoulers),שהם גם ידידותיים לסביבה. מינים רבים של בע"ח ימיים נשארים עם פני שטח נקיים לאורך זמן בזכות שימוש בטכניקות הגנה כימיות, פיסיקליות, מכניות, או סימביוטיות. 
התמונה באדיבות יוסי כהן

בהשראת טכניקות טבעיות אלה פותחו לבעיית הצימדה פתרונות הנדסיים ידידותיים לסביבה. בחלק זה, נסקור את הטכניקות הפיסיקליות וישומן:
בטכניקת ההגנה הפיסיקלית, נמנעת התפתחות ביופילם על בע"ח ימיים בעיקר בזכות מבנה טופוגרפי מיוחד של פני השטח שלהם. מבנה מיוחד זה מפחית את נקודות המגע המאפשרות את ההידבקות של האורגניזמים אליהם. עור הכריש, למשל, מאופיין במיקרו מבנה של חריצים בצורת יהלום, המאפשרים לו גם לנוע במהירות וגם למנוע הצטברות ביופילם על עורו. בהשראת עור הכריש פותח ציפוי סיליקוני (בשם המסחרי Sharklet) הדומה לו במבנהו. יישום ה- Sharklet על משטחים תת ימיים, הפחית באופן משמעותי ביותר את הצטברות האורגניזמים על פניהם. 

Sealcoat הוא צבע Antifouling מסחרי, שפותח לאחרונה בהשראת פרוות כלב הים. ה-Sealcoat  מכיל סיבים המדמים את פרוות כלב הים ומונעים היווצרות ביופילם למשך זמן של כחמש שנים.
חברת Nippon Paint  פיתחה  Hydro-Gel המשולב בצבע Antifouling בשם A-LF-Sea.
צבע זה מקנה לגוף כלי השייט אפקט חיכוך נמוך ב-15% לעומת אפקט החיכוך עם צבע קונבנציונלי, וגורם בכך לחיסכון של כ-10% בצריכת הדלק ולפליטה נמוכה באופן משמעותי של CO2. הפטנט של הפחתת החיכוך בצבע A-LF-Sea פותח בהשראת דג הטונה, המסוגל לפתח מהירות שחייה עצומה של 100 קמ"ש בזכות הציפוי הרירי העוטף את עורו ומקטין את החיכוך שלו במים.
בידיעון הבא, נפרט על השיטות הכימיות, המכניות והסימביוטיות למניעת הצטברות צימדה לכלי שיט ימיים.

מקור הידיעה:
1.       Biomimetic Strategies in Antifouling Coatings by Maria Salta- The Journal of Ocean Tech. Vol. 9, No.4, 2014
2.       Can Biomimicry and Bioinspiration Provide Solutions for Fouling Control? By Emiliy Ralston & Geoffrey Swain- Marine Technology Society Journal –July/August 2011, Vol.45, No.4.
3.       Akzo Nobel – Int. Marine Coatings- Coatings Tech.- What is fouling?