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 מרץ 2017

קוראים יקרים שלום,

 נפתחה ההרשמה לכנס השלישי לביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה !

הכנס יתקיים השנה במתכונת מורחבת ב- 08.06.17 באוניברסיטת תל אביב. מצורף קישור לתכנית הכנס ולהרשמה . מספר המקומות מוגבל.
 

לקראת האביב ועונת הטיולים שבפתח, נתאר לכם מצלמה חדשנית בהשראת עיני העיט, לקראת פסח ועונת הניקיונות נתאר מנגנון הרחקת חיידקים בכנפי השפירית, נקשה קושיות על חומרים חכמים בטבע,  ולרגל סוף עונת המרתונים, נספר לכם על סוליה ביומימטית לנעלי ריצה.

 
בברכת קריאה מהנה,
וחג אביב שמח,
צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

 

עיני הנץ במצלמה שלך

מאת: דפנה חיים-לנגפורד

מצלמה ביומימטית בהשראת ה"סופר זום" של עופות דורסים.

חוקרים מעריכים שראייתם של עופות דורסים טובה פי חמש מראייה אנושית. מבחנים הוכיחו שעיט יכול לזהות שפן ממרחק גדול משלושה קילומטר, בערך כמו לזהות נמלה ממגדל בן עשר קומות בעין אנושית.
בהשראת ראיית העיט פיתחו חוקרים מאוניברסיטת שטוטגרט שבגרמניה מערכת ממוזערת של עדשות מצלמה, שתוכל להקנות לרחפני ריגול יכולת ראייה כשל העיט.
הפיתוח מבוסס על טכנולוגית foveated imaging שבה אובייקט המצוי במרכז שדה הראיה נקלט בחדות גבוהה באופן משמעותי משאר התמונה. באופן זהה, ראיית foveated vision מקנה יתרון אבולוציוני לעופות דורסים, הם מודעים לסביבתם על ידי ראייה של כל השדה, גם אם בצורה מטושטשת, אך את הטרף הם רואים בחדות גבוהה מאוד.
התמונה באדיבות Vu3axe

ארבע עדשות זעירות הונחו אחת על השנייה ליצירת כעין גלגל עין מלאכותי המחקה את ראייתם של עופות דורסים. אלמנט זה, שגודלו לא עולה על 300 מיקרון, יכול להשתלב במצלמות, בחיישנים ברובוטים או ברחפנים. בנוסף לרחפנים, לטכנולוגיה יישומים גם בעולם הרפואה והתעשייה ובכל מקום בו יש צורך במצלמה זעירה עם יכולת מיקוד גבוהה.
אמנם עדשות הזום המסורתיות יכולות להגיע גם הן לרזולוציה גבוהה, אך למערכת זו יתרון המזעור – החוקרים מדברים על עדשות בגודל גרגר מלח. יתרון נוסף הוא היכולת להדפיס את העדשות במדפסת תלת ממד, ובכך להוזיל את עלויות היצור באופן משמעותי. 

כיצד מרחיקות כנפי השפירית חיידקים ?

מאת: יעל הלפמן כהן 

מנגנון חדש ומפתיע להרחקת חיידקים מכנפי השפירית, ללא מגע פיסי של ממברנת תא החיידק עם פני השטח של הכנפיים.

פני השטח בטבע, המעוצבים לעיתים קרובות בטופוגרפיות ננומטריות שונות, קריטיים להסתגלות ולשרידות האורגניזם. עור הכריש, למשל, מצטיין ביכולת להרחיק חיידקים הודות למבנה ננומטרי של שיניים, המונעות ממושבות חיידקים להתפשט על העור.
המחקר שפורסם לאחרונה בעיתון האקדמי  Applied Materials & Interfaces בחן אינטראקציה של חיידקי אי קולי עם כנפי השפירית. החוקרים הבחינו בתכונה יוצאת דופן בכנפי השפירית. בעוד שמחקרים קודמים העריכו שלכנפי השפירית יש יכולת לחסל חיידקים הודות למבנה ננומטרי המזכיר מיטת קוצים או עמודים, גילו החוקרים שלקוצים אין אורך אחיד, אלא אורכים משתנים. עוד התברר במחקר שתאי החיידק לא באו במגע פיסי עם המשטח. החיידק שחרר מולקולות מבניות שתפקדו כדבק, ואלה הדביקו את החיידקים לכנפיים. החיידק היה יכול לשרוד אם היה נשאר במקום, אך עם תזוזתו, הקוצים נאחזים חזק בדבק, וכוחות הגזירה המופעלים עליהם פשוט קורעים את החיידק, תוך שפיכת תוכנם התאי. 
בכוונת החוקרים לבצע ניסויים נוספים על מנת להבין אם המנגנון הזה פועל על סוגים שונים של חיידקים, מעבר לסוג שנבחן (אי-קולי), וכן כדי לבחון אם לקוצים בעלי גובה זהה יהיה אפקט דומה של קריעת החיידקים.

להרחקת חיידקים וחיסולם יש משמעות לצרכים רפואיים והגייניים. הממצאים יוכלו להוביל לפיתוח משטחים ביומימטיים אנטי-בקטריאליים ולייתר את הצורך בציפויים כימיים אנטי-בקטריאליים. ידוע כי שימוש רב בחומרים כימיים עלול לגרום לפיתוח עמידות בקרב החיידקים, מצב שעשוי להיות קטלני. מנגנון מבני חכם ואלגנטי המבוסס על מבנה כנפי השפירית, יכול להביא לביצועים הנדרשים ביעילות רבה יותר.  
מקור הידיעה

חומרים חכמים בהשראת הטבע

מאת: יעל הלפמן כהן

הטבע הוא מקור ידע והשראה לחומרים חכמים, חדשנים, וסביבתיים. אורגניזמים מייצרים את הרקמות שלהם בתנאי הסביבה, באמצעות שימוש בחומרים ובאנרגיה מקומית. לחומרים אלה מגוון תפקודים, שעולים לעיתים בביצועיהם על תפקודם של חומרים סינתטיים מלאכותיים. היתרון הביולוגי מושג לרוב ע"י טקסטורות ברמת הננו וע"י שימוש באלמנטים ובסידור אטומי ייחודי.
דוגמא אחת היא חומרים המונעים התפתחות סדקים. לצדפת הפנינים יש יכולת יוצאת מהכלל לדחיית סדקים, למרות שהיא מורכבת בעיקר מגיר.  חוקרים מאוניברסיטת McGill  שבקנדה, זיהו מערכת של מיקרו-סדקים בין לוחיות שבירות של סידן פחמתי, המלאים בפולימר דביק, המונעים - להערכת החוקרים - התפתחות סדקים גדולים יותר ע"י הסטה ופיזור של עומסים. החוקרים חיקו את מערך הסדקים שחשפו בצדפת הפנינים. הם יצרו מערך תלת ממדי של סדקים מיקרוסקופיים בזכוכית ומילאו אותם בפוליאוריטן. זכוכית זו חזקה פי 200 מזכוכית רגילה. הזכוכית החרוצה מתעוותת לנוכח עומסים מבלי להישבר, ולכן היא אידיאלית לחלונות , לציוד אלקטרוני ולכלי זכוכית. הצוות מאמין כי אסטרטגיה דומה ניתן ליישם בחומרים שבירים נוספים כמו קרמיקה. בשלב הבא מעוניינים החוקרים לבדוק האם גם מיקרו-סדקים ללא מילוי יעצרו את התפתחות הסדקים (למרות שבמודל הטבעי בצדפה המיקרו-סדקים מלאים). אם יתברר שנוכחות מיקרו-סדקים בלבד ללא מילוי מספקת לעצירת הסדקים, ניתן יהיה למנוע את שילובו של הפוליוריטאן המזוהה כחומר מסרטן (קרצינוגני), ולכן יש עדיפות להוצאתו מהזכוכית.


                                             תמונה באדיבות Paul Hansma

דוגמא אחרת היא חומרים חלקים במיוחד, הדוחים נוזלים והתפתחות ביופילם. צמח הכדנית בעל צורת הכד חלק במיוחד. אפשר לשער כי תכונה זו מסייעת לו ללכוד את החרקים מהם הוא ניזון (זהו צמח טורף). הצמח נחקר ע"י מהנדסים במכון Wyss שבאוניברסיטת הארוורד.  לשטח הפנים החלק של הכדנית אחראים קיפולים מיקרוסקופיים המחזיקים מים, ומייצרים שכבה דקה של מים על המשטח. החוקרים אימצו את הרעיון, ויצרו משטח עם מיקרו חרירים, המחזיקים נוזל סיכה. המשטח כה חלק שאפילו שמן גס ואספלט נוזלי מתגלגלים עליו. בניגוד למשטחים הידרופוביים אחרים, משטח זה יכול לרפא את עצמו, מכיוון שנוזל הסיכה ממלא שריטות כאשר הן מתרחשות. אסטרטגיית החרירים המחזיקים נוזל ניתנת ליישום במשטחים נוספים, ויש להם פוטנציאל ליישומים נוספים כמו נוגדי אלח בקטריאלי, נוגדי קרח, הרחקת כימיקלים ונוזלים, מניעת קורוזיה, והרחקת מזיקים וקרציות. הטכנולוגיה ממוסחרת כיום  ע"י ( Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces) SLIPS Technologies.

 

היכון, הכן, רוץ

מאת: דפנה חיים לנגפורד

כבר סיפרנו לכם בעבר על נעלי ריצה של חברת פומה בהשראת כריות רגלי החתול. היום, לרגל סוף עונת המרתונים, אנו שמחים לספר לכם על שיתוף פעולה בין מרצה ב MIT לבין חברת New-Balance בפיתוח נעלי ספורט ביומימטיות מסוג חדש.
 
Jessica Rosenkrantz’s, מרצה מתחום הארכיטקטורה ב MIT, ייסדה את Nervous System, סטודיו לעיצוב גנרטיבי. בסטודיו, שיטת העבודה היא באמצעות תכנות עצמים ש"יגדלו" על ידי חיקוי תהליכי גדילה בטבע. הסטודיו משתף פעולה עם חברת הספורט New-Balance בפיתוח סוליה לנעלי ריצה שתיוצר במדפסת תלת ממד, כאשר מבנה תאי העצם והעץ היוו  מקור השראה למבנה הסוליה החדשה.
 

אחת המטרות בתכנון סוליה לריצה, היא ריכוך משתנה כפונקציה של רמת הלחץ. התאים בעץ או בעצם, תופסים נפח באופן מאוד יעיל ויוצרים מבנים חזקים במינימום חומר. בנוסף, האוויר הכלוא במבנים התאיים מאפשר עמידה בלחצים משתנים.
תהליכי העבודה בסטודיו לא כוללים את התהליכים האופייניים כמו שרטוט, פיסול או מידול, אלא פיתוח תוכנות המבוססות על תהליכים טבעיים, היוצרים דפוסים וצורות שמשמשים ליצירת סידרת אובייקטים הניתנים לבניה דיגיטלית, יצירת מערכות שגדלות ומתפתחות לעומת יצירת מבנים סטטיים. בבסיס הרעיון עומדת יצירה של מבנים מורכבים מאוד, המבוססים על תאים בודדים כאבני בנין, המקנים גמישות פונקציונלית ומבנית.
ל- Jessica Rosenkrantz’s תואר כפול בביולוגיה ובארכיטקטורה ומכאן מקורות ההשראה המייחדים את עבודתה.
ל Nervous System שיתוף פעולה עם חברות בתחומים שונים. מתכשיטים מיוחדים, רהיטים, נעליים ואפילו שיתוף פעולה עם גוגל.