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.

חדשות מהטבע יוני 2010



קוראים יקרים,
בחודש יוני קידם ארגון הביומימקרי הישראלי שלושה שיתופי פעולה חשובים שאנו מקווים שיסייעו להעלאת המודעות לתחום הביומימיקרי בישראל: שיתוף פעולה עם הספארי ברמת-גן, ספריית החומרים בחולון וחברת טלרום להדרכות וירטואליות. עוד על שיתופי פעולה אלו בסוף הגליון.
החודש נפתחה במוזיאון המדע בירושלים תערוכת DEEP העוסקת בחיים במעמקי הים. התערוכה מציגה את החיים במעמקי הים מאזור בליעת האור ועד לחשיכה מוחלטת. באפילה מוחלטת, קור ולחץ חיים יצורים משונים שפיתחו מנגנוני מרתקים להישרדות בתנאים קיצוניים אלו. התערוכה מציגה את היצורים במעמקים באמצעות תמונות, סרטונים ואקוואריומים תוך התייחסות להתאמות המופלאות של יצורים אלו לתנאים הקיצוניים של חשיכה, טמפ' נמוכה, משאבי מזון דלילים, לחץ אדיר וריכוז חמצן נמוך. התמודדות יצורים אלו עם תנאי הקיצון יכולה לשמש השראה ומודל להתמודדות עם אתגרים שונים שגם האנושות מתמודדת איתם ומאפשרת לנו צוהר לקבוצה נוספת של "מורים", עמוק בתוך מעמקי הים.
עד לאסון האקולוגי הגדול במפרץ מקסיקו רוב האנשים לא ידעו שהאדם הגיע למעמקי הים. האסון האקולוגי לא מתבטא רק בפגיעה בחי ובצומח המוכרים לנו, אלא גם בחיים המסתוריים בעומק הים. אסון שאת מימדיו העצומים והשלכותיו לעתיד כנראה לא נדע. ואת ה"מורים" שנכחדו לעולם לא נכיר.
אנו תקווה כי תמצאו עניין בתיאורי המקרה המובאים בהמשך.  גיליון זה וקודמיו ניתן למצוא בארכיון אתר האינטרנט של הארגון.
קריאה מהנה,
צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

דגים ואנרגיית הרוח

מאת: יעל הלפמן כהן

ההנחה הרווחת לגבי דגים השוחים בלהקות היא ששחייה בלהקה מסייעת בהקטנת החיכוך ומאפשרת לדג לחסוך אנרגיה. הנחה זו נלקחה צעד אחד קדימה ונבדקה במכון הטכנולוגי של  קליפורניה (Caltech) ע"י פרופ' לאווירונאוטיקה וביו-הנדסה, המומחה לדינמיקת נוזלים.
מכון המחקר הקליפורני עוסק בזיהוי תהליכים הקשורים לאנרגיה במערכות טבעיות היכולים לתת השראה לגישות חדשות לניצול יעיל של אנרגית הרוח.
מתצפיות על להקות דגים התגלה שקיימת התאבכות הידרודינאמית בונה בין הנתיבים של דגים שכנים. מסתבר, שניתן ליישם עקרונות פיסיקליים אלו באינטראקציה בין טורבינות רוח המבוססות על צירים אנכיים.
טורבינות הרוח הנפוצות כיום הן בעלות צירים אופקיים הדורשים שטח נרחב על מנת לפעול. מכיוון שלרוב הן נמצאות בסמיכות זו לזו, הביצועים שלהן נפגעים. לטורבינות בעלות צירים אנכיים, החדשות יחסית בשוק, אין מדחפים. במקום המדחף הן משתמשות ברוטור אנכי. הודות לכך ניתן למקמן על שטחים קטנים יותר ובצפיפות רבה יותר.
ממחקר שנערך התברר שסידור מרחבי מסוים של הטורבינות מגדיל את יעילותן, וזאת עקב עקרונות פיסיקליים הדומים לעקרונות שנצפו בלהקות הדגים.
בדרך כלל, כל הטורבינות בשטח מסוים מסתובבות לאותו כיוון. חקר המערבולות הנוצרות מאחורי דגים השוחים בלהקה, הראה שחלק מהמערבולות מסתובבות עם כיוון השעון, בעוד חלק מסתובבות נגד כיוון השעון. צוות החוקרים מהמכון הטכנולוגי הקליפורני רצה לבחון אם שינוי כיוון הסיבוב של חלק מהטורבינות יגביר את היעילות. סימולציות ממוחשבות שנערכו הראו כי סידור מחדש של טורבינות רוח בעלות צירים אנכיים יגדיל את תפוקת האנרגיה פי 10 יחסית לחוות עם טורבינות אופקיות. צוות המחקר מתכונן לבצע מחקר שדה כאשר השלב הראשוני של המחקר ינסה להדגים איזה מנח ישפר את הביצועים יחסית לחוות טורבינות עם צירים אופקיים בעלות אותו גודל שטח.
הפרויקט הוא דוגמא לחשיבה שונה וחדשנית המבוססת על חיקוי הטבע.


עכבישים בשרות הרפואה



פיתוח דבקים ידידותיים לסביבה הוא אחד האתגרים הגדולים של הנדסת החומרים ותעשיית הדבקים. לרוב, בתעשיית הדבקים משתמשים בחומרים כימיים רעילים בתהליך הייצור. לא פלא, שפיתוח דבקים ביומימטיים תופס תאוצה בשנים האחרונות ויותר ויותר חוקרים ומהנדסים מנסים ומצליחים לקבל השראה מדבקים שונים בטבע.
חוקרים מאוניברסיטאת אקרון (Akron) שבארה"ב, באמצעות שיתוף פעולה בין הביולוגיה וההנדסה, הצליחו לגלות את סודו של דבק קורי העכביש, דבק המיוצר בתנאי החיים ומחומרים ידידותיים לסביבה, ולכן יכול לשמש לאפליקציות רפואיות שונות.
במקרה של דבק קורי העכביש, המדענים לא התמקדו במולקולה המדביקה בלבד כפי שנעשה בדבק הצדפה הכחולה, אלא בעיקר במשטר הכוחות שבדבק. טיפת חומר של דבק עכביש, המורכבת מפולימר המקושר בקשרים פיזיקאלים וכימים סבוכים, אפקטיבית פי 100 מטיפה של אותו חומר צמיגי שאיננו מקושר וסבוך. לאור העובדה כי ניתן לראות אסטרטגיית הדבקה שכזו במינים שונים של בעלי חיים, חוקרים מציעים כי קיים עקרון תכנוני אבולוציוני שהוביל לפיתוח מולקולות דבק בטבע.
בתחום הביורפואי יש צורך בפיתוח דבקים ידידותיים לגוף לשימושים בתחום האורטופדי, ריפוי פצעים וכמובן במהלך ניתוחים. הבנה מעמיקה של עקרון הדבק הטבעי תסייע לפיתוח דבקים רפואיים ידידותיים לגוף האדם.

בנין חכם בהשראת הטבע


מאת: יעל הלפמן כהן

מאמצים רבים מושקעים בפיתוח מערכות אוטומטיות לויסות הטמפרטורה, האור והלחות במבנים על מנת להפחית את צריכת האנרגיה. פרויקט חדש שהוצע לאחרונה ע"י מהנדס וארכיטקט מאוניברסיטת ברקלי שבקליפורניה מציע מעטפת חכמה לבנין המתפקדת כ"עור" ומגיבה לסביבה.
מדובר על פיתוח של ממברנה דקה המורכבת מחישנים המגיבים לסביבה בזמן אמת ואחראים על ויסות הלחות, האור והטמפרטורה. הממברנה עשויה ממספר שכבות של חומרים שונים.
בממברנה משולבים תאים המגיבים לאור חיצוני או ללחות פנימית ונפתחים בהתאם. בניהם מיקרו- עדשות המכוונות אור ישירות לתאי ג'לים פרואקטיבים המגיבים לאור ופותחים תעלות אלסטיות המאפשרות לאור לזרום. כמו כן משולב פולימר המגיב למים המתרחב עם עליה בלחות ופותח שסתומים קטנים המאפשרים זרימת אויר.
הממברנה מוגנת ע"י מחסום לחות חיצוני המרחיק את המים ומשכבה פנימית של ג'ל סיליקון להקטנת הלחות הפנימית.
הפרויקט מהווה דוגמא לחיקוי של תהליכים בטבע, כאשר בנוסף לחיסכון באנרגיה הכוונה לפתח מערכת שלמה ועמידה לתנאים משתנים.

צבע הפרפר ומניעת זיופים



טכנולוגים של אבטחת מידע נמצאים במרוץ נגד הזמן ו...נגד פורצי מערכות האבטחה. בטבע, בעלי חיים וצמחים מתמודדים עם נושאי אבטחה משחר האבולוציה, ועם הזמן פותחו מנגנונים מרתקים המשלבים חושים שונים כדי להתמודד עם פריצות אבטחה. תארנו ב"חדשות מהטבע" מחודש אפריל את "זבליות העלים" אשר באמצעות משחקי תלת מימד אופטיים מצליחות לשרוד, הפעם נביא לכם את סיפור ססגוניותו של הפרפר והאפליקציה שלו בהגנה על כספנו.

חיקוי הצבעוניות של פרפרים וחיפושיות מאתגר במיוחד מאחר וצבעוניות זו איננה מתבטאת באמצעות פיגמנטי צבע כי אם על-ידי מבנה מיקרוסקופי המשתמש בשבירת קרני אור השמש כך שתיווצר אשליית צבע.
חוקרים מאוניברסיטאת קיימברידג', למדו את מבנה נוצות הטווס וכנפי הפרפר ומצאו שהתצורה של שכבות קוטיקולה ואוויר יוצרות צבעוניות עזה. שימוש בננוטכנולוגיה הוביל ליצירת מודל מלאכותי של כנפי הפרפר לייצור צבע ללא פיגמנטים. חשיפת סוד הצבע שבטבע, צבע ששרד את מליארדי שנות האבולוציה, אינו מכיל פיגמנטים רעילים ואינו דוהה בתנאי מזג אוויר, מאפשר חשיבה מחודשת בתחומים שונים. הפרפר למשל, משתמש במבנה הצבעוניות הזה כדי "להצפין" את עצמו. כלומר, הפרפר יראה בצבע אחד לאויביו, ובצבע אחר לבני מינו, תלוי במתבונן. באותו אופן ניתן להשתמש בצבע מבני זה לאפליקציות להצפנת מידע בכרטיסי אשראי, בשטרות כסף ואפילו בתעודות שונות. יתכן ובעתיד נראה מבנים המבוססים על כנפי הפרפר נוצצים משטרות הכסף ומהדרכונים.
אפליקציה נוספת לצבע מבני ניתן לראות באתר ארגון הביומימיקרי בעמוד תיאורי המקרה.