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.

גליון אוגוסט 2010

קוראים יקרים,

אנו שמחים להגיש לכם את גליון אוגוסט של חדשות מהטבע.

אוגוסט כבר כמעט מאחורנו, ואנו צועדים לקראת שנת תשע"א בתקווה להמשך פעילות מרתקת ומהנה של הפצת זרעי הביומימיקרי בישראל. הפעילויות המתוכננות לשנה הקרובה כוללות פעילות במוסדות החינוך, האקדמיה, מתן הרצאות בכנסים וכן הידוק שיתופי הפעולה הקייימים ויצירת שיתופי פעולה פוריים וחדשים. לאחרונה, יצאנו לדרך של שיתוף פעולה בבנית מאגר מידע לחומרים ומוצרים ביומימטיים עם ארגון הביומימיקרי האמריקאי. בנוסף, הארגון פיתח מערך שיעור "מבוא לביומימיקרי" לתלמידי בתי הספר היסודיים לטובת פרויקט התנדבותי לפעילות ביומימיקרית בשנת הלימודים הקרובה. כל המעוניין להתנדב לפרויקט זה, מוזמן לקרוא יותר על אופי הפרויקט ולשלוח מייל - לקבלת פרטים נוספים.

בחודש ספטמבר תינתן הרצאת מבוא לביומימיקרי בתחום הביורפואי בכנס לפיתוח ויצור מכשור רפואי בישראל MDDMI. ביומימיקרי מסתמנת כמהפכה הבאה בעולם הטכנולוגיות הרפואיות. בהשראת בעלי חיים וצמחים פותחו מכשירים, חומרים וטכנולוגיות המצעידים את עולם הרפואה קדימה. ההרצאה הינה הרצאת מבוא לביומימיקרי תוך שימת דגש על פיתוחים ביומימטיים בתחום הרפואה, טרנדים מרכזיים ודוגמאות מרתקות לפיתוחים ביו-רפואיים בהשראת היתוש, העטלף, הצדפה, התולעים ועוד.

לרגל השבוע האחרון לחופש, כשכל הרעיונות להעסקת הילדים כבר כמעט ותמו, אנו שמחים להגיש לכם שי - משחק טריויה ביומימיקרי. המשחק פותח באדיבות סטודיו OHL. כנסו, שחקו, קבלו השראה ו...מדליה.

קוראים המעוניינים לקבל מידע שוטף מוזמנים להצטרף לדף הפייסבוק של ארגון הביומימיקרי ולקרוא ידיעות נוספות על הפיתוחים האחרונים בהשראת הטבע ועל פעילות הארגון.

באיחולי קריאה מהנה ושנה טובה ומלאת חידושים,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

עיניים רובוטיות

מסתבר כי תא עצב בודד של חרק, מסוגל לבצע חישובים מסובכים כדי לנחות נכון גם תוך כדי תנועה. היכולת של חרקים, בעלי מוח בגודל ראש סיכה בלבד, לנחיתה מושלמת על עלה פרח מסקרנת ביותר.

נחיתה מדויקת תוך כדי תנועה מתאפשרת אודות לחישובים מסובכים שבדרך כלל מבוצעים על ידי אלגוריתמיקה מתוחכמת בתעופה מלאכותית, או על ידי מערכת עיצבית מורכבת בתעופת בעלי חיים.
במוח החרק המעופף יש תאים שכל תפקידם ביצוע אנליזות חישוביות בתנועה. שנים היה ידוע שחרקים יכולים להעריך כיוון של עצמים שונים, אך עד למחקר של פרופ' או'קרול מאוניברסיטת אדלייד שבאוסטרליה, לא היה ברור כיצד חרקים מחשבים מהירות. מסתבר, שחרקים מחשבים מבני תאורה שונים בטבע כמו בוקר ערפילי, או יום שימשי ומוחם מסתגל בהתאם. מכניזם זה, מאפשר לחרק המעופף לבדל עצם זז מתפאורה טבעית קבועה. כמו כן, ממחקר זה נלמד כי תא עצב בודד מסוגל לבצע פעולות מורכבות ביותר.

התמונה באדיבות  Richard Giddins
המחקר התמקד על האופן בו מוח החרק מתרגם מידע ממערכת הראיה שלו, מערכת המהווה 30% ממסת גופו. לימוד אופני החישוב של עצבי החרקים המעופפים תאפשר פיתוח ראיה מלאכותית בתנועה. צוות המחקר משתף פעולה עם התעשיה לפתח עין מלאכותית ברובוטים, המחקה את מנגנון הראיה של החרקים.
למידע נוסף

אורגניזם החודש: חיים ומוות ביד הלשון של... צבי המים המתוקים

מאת: מאיה גבעון
כולנו מכירים את תפקידה החיוני של הלשון בעת האכילה ולשם חישת טעם. רובנו גם מכירים את מנגנון ההזעה הלשוני (הלחתה) המשמש יונקים כדוגמת כלבים לוויסות טמפרטורת גופם. לאחרונה התגלה שימוש חדש ומפתיע ללשון: נשימה.

חוקרים מאוניברסיטת וינה שבאוסטריה גילו לתהדמתם כי צבי מים מתוקים מהמין Common musk turtle (Sternotherus odoratus )*  מצוידים בתאים מתמחים על גבי לשונם, המאפשרים להם לקלוט חמצן ישירות מהמים. תכונה ייחודית זו מקנה לצבים יכולת לשהות חודשים רצופים מתחת לפני המים.

התכונה המסקרנת התגלתה במקרה, בשעה שהחוקרים בחנו את הרגלי ההזנה של הצב, שהתקשה במיוחד באכילה על פני היבשה והעדיף ללעוס את מזונו תחת פני המים. בחינה של לשון הצב תחת מיקרוסקופ חשפה מבנה ייחודי הכולל פטמיות (papillae) מוארכות המסוגלות לקלוט חמצן מהסביבה המימית.
יש לציין כי היכולת לקלוט חמצן ישירות מהמים באמצעות תאים מתמחים מוכרת באורגניזמים שונים כגון צמחי מים וכמובן בדגים, אולם זו הפעם הראשונה שהמנגנון מתגלה על גבי הלשון. הצבים, המעניקים משמעות חדשה לפתגם "חיים ומוות ביד הלשון" עדיין אינם מהווים מקור השראה לחידושים טכנולוגיים. אתם מוזמנים להתחיל לחשוב על רעיונות!
* לא קיים שם מקביל בעברית למין זה, ולכן הושאר השם במקור. מ.ג.
לקריאה נוספת

סוד דחיית המים של העכביש

מאת: יעל הלפמן כהן

חוקרים מאוניברסיטת פלורידה הצליחו לפענח את סוד דחיית המים של העכביש הקשור לדפוס השערות שעל גופו, ולייצר משטחים דוחי מים, ללא כימיקלים אשר בנוסף גם מתנקים מעצמם.

קורי העכביש כבר הוזכרו בעבר כמקור השראה לפיתוח חומר חזק מפלדה ללא צורך בחימום. כעת מתברר שגם השערות על גוף העכביש יכולות לתרום את תרומתן לפיתוח משטחים דוחי מים הנקיים מכימיקלים.
מזה זמן רב ידוע ששערות העכביש מסרבות להירטב ושהעכבישים משתמשים בשערות דוחות המים שלהם על מנת להישאר יבשים או להימנע מטביעה. בועות אויר הנתפסות בין שערות העכביש, מאפשרות ציפה מצד אחד ושכבת בידוד נוספת מצד שני.

התמונה באדיבות תומס שחם, Thomas Shaham
לשערות על גופו של העכביש יש מבנה כאוטי ולא אחיד כך שחלקן ארוכות וחלקן קצרות, חלקן מעוקמות וחלקן ישרות. טיפות הנופלות על משטח רגיל לרוב מקבלות את צורת הטיפה הידועה הכוללת "זנב". המבנה הייחודי של השערות על גופו של העכביש גורם לכך שהטיפה אינה כוללת "זנב" כי אם הופכת לכדור זעיר ועל כן מתגלגלת החוצה.
חוקרים מאוניברסיטת פלורידה העוסקים בחקר סיבים מיקרוסקופיים זיהו את דפוס השערות המשתנה הנ"ל והבינו כי הוא קשור ליכולת של העכביש לדחות מים. בתחילה הם יצרו משטח סינטטי באמצעות שערות פלסטיק אחידות בגודלן ובצורתן, אך בהמשך חיקו את הדפוס הלא אחיד של השערות על גוף העכביש ויצרו משטח המורכב משערות פלסטיק המשתנות בגודלן ובצורתן, כאשר גודלן הממוצע הוא 600 מיקרון. המדענים הראו כי משטח זה בעל הדפוס הלא אחיד, דוחה מים בצורה טובה יותר יחסית למשטח בעל דפוס אחיד. מסתבר שדווקא המשטח הלא מושלם והלא אחיד מתאים יותר למטרת דחיית מים והחוקרים אף מכנים אותו משטח הידרופובי כמעט מושלם.
החוקרים רשמו פטנט על המשטח דוחה המים שיצרו אשר בנוסף הוא גם בעל יכולת ניקוי עצמית מאחר ומים נוטים להסיר עימם לכלוך ממשטחים שדוחים אותם. המשטח שפותח מגיב היטב למים חמים וקרים, וגרסה נוספת של משטח זה תוכל בעתיד גם לדחות שמן. בניגוד לחומרים אחרים דוחי מים המכילים כימיקלים דוגמת טפלון, במשטח זה אין צורך להשתמש בכימיקלים, משום שהוא מבוסס על חיקוי של מבנה פיסי ולא כימי.
למשטח זה יישומים רבים ובהם חומרי אריזה אטימים למים, חלונות ותאים סולארים המתנקים בעצמם ואף ציפוי דוחה מים לספינות למניעת חיכוך.
לכתבה המלאה

אל תסתכל ברירית תולעת הים – אלא במה שיש בה

ייצור סיבים מלאכותיים, ידידותיים לסביבה, הוא אתגר העומד בפני תעשיית האריגים. יתכן שדווקא ברירית תולעת הים ולא בקורי העכביש, תמצא התשובה.

תעשיית ייצור האריגים הינה אחת התעשיות הגדולות בעולם. ייצור אריגים סינטטיים מהווה שני שלישים משוק האריגים. אריגים סינטטים מיוצרים מחומרי גלם על בסיס נפט – אשר הופכים יקרים יותר ומהווים מקור משמעותי לזיהום בתהליך ייצורם. כחלק מהמאמץ למצוא תחליף ידידותי לסביבה כמקור לייצור אריגים סינטטיים, חקרו בשלושת העשורים האחרונים את קורי העכביש. קורי העכביש נתפסו כמודל נותן השראה לייצור סיבי חלבון בעלי ביצועים גבוהים וידידותיים לסביבה. עד לכתיבת שורות אלו, לא צלחו הניסיונות לייצור קורי עכביש מלאכותיים.
בחיפוש אחר מקורות השראה ביומימטיים נוספים, חקרו פאדג' ועמיתיו מאוניברסיטאת בריטיש קולומביה וגולף שבקנדה את מבנה הרירית של תולעת הים (Hagfish). תולעת הים מפרישה רירית למטרות סימון טריטוריה ולהגנה מפני טורפים פוטנציאלים. סיבי הרירית הופכים לחומר דמוי ג'לטין ודביק במגע עם מים. ייתכן כי סיבי החלבון של הרירית הינם מודל ביומימטי עדיף על קורי העכביש (אותה רירית היא זו שזיכתה את תולעת הים בתואר "הייצור הימי הדוחה ביותר" על ידי אנשי המקצוע בתחום...).

בהתבסס על העובדה שחלבוני הרירית בעלי תצורה דומה לזו של קורי העכביש כשהם מתוחים, מחקר זה משער כי תהליך יצור הרירית יאפשר ייצור סיבים ברי השוואה לקורי העכביש בתכונות המכניות. במחקר זה ניתן לראות שסיבי הרירית חזקים וקשיחים במידה יוצאת דופן. עוד נמצא כי תהליכים משלימים לתהליך הייצור כגון ייבוש, יצירת קשרים מצליבים וחישול, משפרים משמעותית את היציבות ארוכת הטווח של סיבים אלו. על פי תוצאות מחקר זה יש לנסות ולחקות את סיבי החלבון של תולעת הים על מנת לייצר אריגים ידידותיים יותר לסביבה.
לתאור המחקר

ביומימיקרי בישראל: סידן בעל יכולת ספיגה גבוהה בהשראת הסרטנים

מאת: יעל הלפמן כהן

חברת אמורפיקל הישראלית חקרה את תהליך הסתגלות הסרטנים לסביבה מימית דלת סידן ומצאה שבתגובה למחסור בסידן פיתחו הסרטנים מאגרי סידן זמינים המופקים ביעילות ונספגים בקלות בגוף הסרטן לאחר פירוקם. בימים אלו עובדת החברה על פיתוח תוסף תזונה של סידן בעל יכולת ספיגה גבוהה במיוחד בגוף האדם, המבוסס על מבנה המאגרים שזוהו בסרטנים.

אמורפיקל הוקמה בשנת 2004 על-ידי פרופ' אמיר שגיא, חוקר באוניברסיטת בן גוריון בנגב ומר יוסי בן, חקלאי המגדל סרטני מים מתוקים בחוות גידול ייחודית במושב באר צופר שבערבה.

מר בן הבחין שלסרטנים שהוא מגדל יש הצטברות סידן בגופם וכי הם מחדשים את שלד גופם באופן מחזורי. התופעה המעניינת גרמה למר יוסי בן לחבור לפרופ' שגיא על מנת לחקור את תהליך הפקת הסידן על ידי הסרטנים. במחקר ניסו להבין כיצד הסרטנים מסתגלים לסביבה מימית דלת סידן. נמצא שסרטנים אלו, שניחנו בשלד קשיח המורכב מכיטין, חלבונים ומכמויות גדולות של סידן, פיתחו מאגרים זמניים הקרויים "גסטרוליטים" בהם ניתן לאגור כמויות גדולות של סידן לזמנים בהם יש צורך מידי כמו לדוגמא בשלב הקשחת שלד חדש. מאגרי סידן אלו הם כל כך גדולים שהם יכולים להגיע עד ל-4% ממשקלו הכולל של הסרטן !
היה ניתן לצפות שתהליך הפקת הסידן חזרה ממאגרי סידן כל כך גדולים יהיה תהליך ממושך ו"יקר" מבחינה אנרגטית, אך סרטנים אלו פיתחו שיטה מהירה ויעילה לפירוק וספיגת הסידן מחדש וזאת באמצעות עיכול קיבתי. מאגרי סידן אלו נמצאים משני צידי קיר הקיבה, ברגע שהסרטן זקוק לסידן קורסים מאגרים אלו לקיבה, מתעכלים ובתוך ימים בודדים כל כמויות הסידן הגדולות הללו נספגות דרך המעי חזרה לגוף ולשלד.
כדי להצליח לספוג דרך מערכת העיכול כמויות כל כך גדולות של סידן פיתח הסרטן מנגנון נוסף. בעזרת חלבונים ייחודיים מצליח הסרטן לאגור את הסידן בגסטרוליטים בצורת מלח סידן נדיר הקרוי קלציום קרבונט אמורפי (ACC). פולימורפ נדיר ולא מגובש זה של המלח הגבישי הנפוץ פחמת הסידן (קלציום קרבונט) כמעט ולא מצוי בטבע בגלל אי יציבותו. אך ברגע שצלח תהליך ייצובו, מתאפיין מלח זה בתכונות כימיות ופיזיקאליות ייחודיות שמאפשרות זמינות ביולוגית ויכולת ספיגה גבוהות מאד של הסידן לעומת מקורות סידן אחרים.
חברת אמורפיקל חקרה בעיקר את החלבונים העיקריים בגסטרוליט ואת תפקידם ביצירת ה-ACC. לבסוף הצליחה לפתח טכנולוגיה סינטטית המתבססת על חומצות אמינו ייחודיות אשר מרכיבות חלקים גדולים ברצפי החלבונים של הסרטן, האחראים על ייצוב ה-ACC.

אמורפיקל מפתחת כעת תוסף תזונה המבוסס על שילוב ה- ACC הסינטטי כמקור סידן איכותי לבני אדם הזקוקים להשלמת סידן כחלק מטיפול תרופתי או מניעתי של מחלות מטבוליזם של העצם כגון אוסטיאופורוזיס. מחקרים הראו כי זמינות הסידן מ-ACC עבור העצם גבוהה בכ-40% על פני מקורות הסידן הנמצאים בשימוש החולים כיום. תוסף הסידן הייחודי הזה צפוי להגיע לשווקים בשנת 2011. חברת אמורפיקל מנוהלת על ידי צוות עתיר ניסיון בדמותם של מנכ"ל החברה מר' אילן לויטה וסמנכ"ל המחקר והתפעול ד"ר אסף שכטר.
למידע נוסף באתר החברה

ביומימיקרי במכללה האקדמית להנדסה SCE

המחלקה להנדסת מכונות במכללה האקדמית להנדסה SCE הציגה לאחרונה את פרויקטי הגמר במסגרת תחרות Animal-Tech, תכנון מוצרים בהשראת מנגנוני תנועה של בעלי חיים. בין הזוכים : קטנוע תת ימי המבוסס על תנועת הפינגווין ומכשיר חקלאי לזריעה המבוסס על ציפור המקאו.

תחרות ה – Animal Tech של המסלול לתיכנון ועיצוב המוצר במחלקה להנדסת מכונות SCE - המכללה האקדמית להנדסה סמי שמעון, התקיימה השנה לראשונה בשיתוף עם החוג לעיצוב תעשייתי במכללה האקדמית הדסה בירושלים. בתחרות הוצגו פרויקטים שתוכננו ועוצבו על ידי צוותים משותפים של סטודנטים משנה ב' משתי המכללות, כאשר כל צוות חקר ולמד מנגנון של אורגניזם אחר בטבע ופיתח בהשראתו מוצר מכאני ייחודי ברמת אב טיפוס מכאני ומוצר מעוצב. הסטודנטים להנדסת מכונות התמקדו בתכנון ההנדסי של הפרויקט ואילו סטודנטים לעיצוב תעשייתי פיתחו את הערכים האסתטיים והארגונומיים של הפרויקט. שלושת הפרויקטים הזוכים זיכו את הסטודנטים במלגות לימוד בסך כולל של למעלה מ – 11,000 ₪, במימון משותף של SCE, המכללה האקדמית הדסה ולשכת המהנדסים והאדריכלים.
במקום הראשון בתחרות זכה קטנוע תת ימי המבוסס על מנגנון התנועה של הפינגווין. הקטנוע מאפשר תנועה תת-ימית שקטה, מהירה ובטוחה. במקום השני בתחרות זכה פרויקט "הנקר"- מוצר חקלאי לזריעה באדמה המבוסס על ציפור המקאו ובמקום השלישי זכה משחק הרכבה מעופף לילדים המבוסס על מנגנון התנועה של השפירית.
פרויקטים נוספים שהוצגו בתחרות – שריון דמוי צב עם מצלמה להתחקות אחר בעלי חיים בטבע ללא הפרעה, "חסקה" המבוססת על האנטומיה של הלוויתן, מברשת קרצוף ייחודית בהשראת הלטאה ועוד.
לאתר המכללה