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 - מאי 2012

קוראים יקרים,

בחודש האחרון התקיים כנס ביומימיקרי הראשון לילדים (אך לא האחרון) ברמת הנדיב. בכנס השתתפו כ 140 ילדים מכל הארץ שפיתחו מוצרים חדשניים בהשראת הטבע. הכנס הוא תוצר של שיתוף פעולה פורה בין רמת הנדיב, ,תוכנית קרב והארגון. על הכנס ותוצרי הילדים תקראו בגליון זה.
בחמישה ביולי תתקיים השקת שביל הביומימיקרי הישראלי בגן הבוטני של מכללת אורנים. השביל הייחודי, הראשון מסוגו בישראל והשני בעולם, מאפשר היכרות ראשונית, חווייתית ומעמיקה עם תחום הביומימיקרי כמקור לחדשנות מקיימת בתחומי החיים השונים. השביל תוכנן על ידי צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי בשיתוף עם גורמים מקצועיים ממכללת אורנים. לאורך השביל תחנות ומיצגים שעוצבו ביד אומן, הפותחים צוהר אל ההמצאות המרתקות של הטבע ואל היישומים שפותחו בהשראתן.
ומה עוד קורה בהשראת הטבע – אתם מוזמנים לעיין להנאתכם בגליון חודש מאי.
                                                      
                                                              בברכת קריאה מהנה,
                                                              צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

כנס ביומימיקרי הראשון לילדים

מאת: יעל הלפמן כהן

בתחילת מאי התקיים ברמת הנדיב הכנס הראשון לתלמידים בנושא ביומימיקרי. הכנס הוא פרי שיתוף פעולה בין ארגון הביומימיקרי הישראלי, תוכנית  קרֵב ותחום החינוך ברמת הנדיב. כ-140 תלמידים הלומדים בכיתות ד', נציגים נבחרים מ-10 בתי ספר, הגיעו לכנס והציגו את ההמצאות שפיתחו בהשראת הטבע. הכנס הוא שלב מתקדם של תהליך חינוכי, שהחל בחשיפת התלמידים לתחום הביומימקרי באמצעות תוכנית חינוך, המקנה את יסודות החשיבה הביומימטית, ומתרגלת מיומנויות של חקר אורגניזמים ואיתור אתגרים טכנולוגים אנאלוגיים כל קבוצה התבקשה לפתור בעיה תכנונית הנוגעת לעולמם של התלמידים באמצעות השראה או העתקה של מנגנון ביולוגי נבחר. חלק מהתלמידים יצאו מהאתגר התכנוני ומצאו אורגניזם שעמד בפני אתגר דומה, ואחרים החלו את התהליך בחקר האורגניזם, ואיתרו אתגרים דומים בעולמות תוכן אחרים.

ביום הכנס זכו התלמידים לסייר ברמת הנדיב בראייה הביומימיקרית, ולשמוע מקרוב על המצאות מרתקות, שפותחו בהשראת הצומח והחי של החורש הים תיכוני הסובב את רמת הנדיב. בהמשך העריך צוות שופטים את ההמצאות על פי הדגמים, על פי הפוסטרים ועל פי הראיון עם קבוצת הממציאים.

בין ההמצאות - חולצה שעירה לבידוד מחום ומקור, בד דוחה זבובים, מנוף גמיש וקל ועוד.

הכול בהשראת מורים מן הטבע - הגמל, הזברה והג'ירפה ובעלי חיים אחרים. ריגשו במיוחד תלמידים מבית הספר משואה בקרית גת, שפיתחו שריון מגן לתינוקות בהשראת הצב.

במקום הראשון זכה בית ספר בן גוריון מגן יבנה, עם המצאת  ה"זבוקפת" - משקפת בעלת יכולת תצפית רחבה למספר כיוונים בו זמנית, ללא הזזת הראש. המשקפת מבוססת על מבנה העין של הזבוב, המורכבת ממספר רב של עיניות קטנות. התלמידים זכו בסיור ביומימיקרי בספארי רמת גן, תרומת הספארי.
זבוקפת - המצאתם של ילדי בית ספר בן-גוריון, גן יבנה
במקום השני זכה בית ספר היובל מאשדוד, עם מתקן לניקוי חלונות, המחקה את התהליך שבו מנקה דג האנציסטרוס את האקווריום בעזרת פיו. התלמידים זכו בסיור במשרד עורכי הדין ריינהולד כהן ושות', שם יקבלו הסבר על  עולם רישום הפטנטים.

במקום השלישי זכה בית ספר איתמר מנתניה, עם פיתוח של מסוק בעל מדחף להבים משופר, המותאם לנחיתת חירום ומבוסס על מבנה זרע המכנף הנאה. התלמידים זכו בסיור לימודי ברמת הנדיב.

בעקבות הצלחת הכנס, יורחב שיתוף הפעולה עם תוכנית קרֵב ועם יחידת החינוך של רמת הנדיב, להעמקת התכנים ולהרחבת היקף המשתתפים בשנים הבאות.

נחיל רובוטים מעופף

מאת: מאיה גבעון
בכתבות קודמות הזכרנו את התכונות יוצאת הדופן של נחילים, אשר כתוצאה מאוסף בחירות פשוטות של פרטים יוצרים התנהגות קולקטיבית מורכבת ואינטליגנטית לכאורה. היכולת של להקות דגים לשחות בתיאום מושלם בצפיפות רבה, והיכולת של להקות חרקים או ציפורים לנדוד למרחקים במבנים גדולים וללא התנגשויות, מעוררת את סקרנותם של חוקרים רבים. התועלות האפשריות מיישום התנהגות כזו בטכנולוגיה האנושית ברורות: רק חישבו על אלגוריתמים המאפשרים תעבורה ימית, אווירית או יבשתית צפופה אך בטוחה יותר. יישומים אחרים יכולים להיות: משימות בטחוניות, התקפה, חילוץ והצלה, טיהור כתמי נפט ועוד.

צוות מאוניבסריטת פנסילבניה פיתח אלגוריתם, הגורם לקבוצת רובוטים "להתנהג" באופן דומה. הרובוטים, מסוקים בעלי ארבעה רוטורים (quadcopter) מסוגלים לרחף באוויר, לטוס בחדר ולעבור מכשולים - וכל זאת תוך שמירה על מבנים מוגדרים, ללא התנגשויות ותוך תיקון המבנה בעת הצורך. זאת ועוד: המסוקים מסוגלים לבצע תעלולים אקרובטיים מורכבים, ולהתייצב באוויר מיידית, גם אם נזרקו. האתגר המרשים ביותר אותו הם מבצעים בהצלחה הוא יצירת מבנים תלת מימדים באוויר (משימה לא קלה גם לטייסים אנושיים), והתקדמות בדפוסי תנועה מורכבים למשל, מסלול שמיניה "החותך" את עצמו ומחייב את המסוקים להמנע מהתנגשות.
נחיל ציפורים. התמונה באדיבות John Holmes
זהו פרסום ראשון אודות מחקר מתקדם היוצר התנהגות נחיל מורכבת, ללא שליט מוגדר. פרסומים קודמים דווחו על  התנהגויות פשוטות יותר, כמו למשל בתנועת רובוטים קטנטנים המכונים "קילובוטים" על פני הקרקע, תוך שהם שומרים על קשר זה עם זה בקרני אינפרא אדום. מחקר אחר, בתחום של נחילים ורובוטים ממעבדות MIT, מפתח רובוטים צפים המונעים מכח השמש, שמטרתם לטהר כתמי נפט צפים.

טוב מראה עיניים – אנו ממליצים לצפות בסרטון שמציגהמעבדת הניסויים של "המסוקים המרובעים" -  לחצו כאן.

חומרי הסוואה בהשראת דג הדיונון ודג הזברה

חוקרים מאוניברסיטת בריסטול באנגליה יצרו מבנה מלאכותי גמיש, המשנה את צבעו כהרף עין ומחקה בכך את יכולת ההסואה המופלאה של דג הזברה או של דג הדיונון.

כרומטופורים הם תאים המכילים פיגמנטים, האחראים על יכולת שינוי הצבע של בעלי חיים. אפשר למצוא כרומפורים בדו-חיים, בדגים ובזוחלים. בטבע, שינויי צבע אלו הם חלק מתהליך חיזור, הסוואה או תקשורת. והם מעוררים על ידי שינויים בתנאי הסביבה, על ידי מצב עקה, או על ידי "מצב רוח".

במחקר נוצרו שני סוגים של כרומפורים מלאכותיים: הראשון בהשראת הדיונון והשני בהשראת דג הזברה.
בדיונון, במרכזו של תא הכרומופורם מצוי שק המכיל גרנולות של פיגמנט. השק מוקף בשרירים. התכווצות השרירים גורמת  לשק להתרחב, דבר הגורם לאפקט אופטי של שינוי הצבע. חיקוי מנגנון התכווצות השרירים והרפייתם נעשה על ידי שימוש באלסטומר מבודד, מחובר למעגל חשמלי, המתרחב במתן מתח.


לעומת זאת, התא אצל דג הזברה מכיל מאגר עם פיגמנט שחור. במצב אקטיבציה, מתפשט הצבע לכיוון שטח הפנים (לכיוון העור של הדג), וכך נראות הנקודות השחורות על פני הדג גדולות יותר. כך  נוצר אפקט שינוי הצבע. הגורם לצבע הוא הורמונאלי.

לצפייה בסרט המתאר את המנגנון לחצו כאן

החיקוי לתאים של דג הזברה נעשה באמצעות שימוש בזכוכיות מקרוסקופ, שביניהן שכבת סיליקון. שתי משאבות מאלסטומר מבודד, אחת לצד כל זכוכית, חוברו למרכז המערכת עם צינור סיליקון. משאבה אחת הזרימה דיו שחור והשנייה הזרימה נוזל חלבי ליצירת אפקט שינוי הצבע. המבנה שנוצר הוא מבנה גמיש יחסית, עם יכולת שינוי צבע מהירה מאוד. במקביל לדגם המחקה את מנגנון שינוי הצבע בדג הזברה נבנה גם דגם המבוסס על שינוי מתח, בדומה למנגנון שינוי הצבע בדיונון. 

מחקרם זה של ד"ר ג'ונתן רוסיטר (Dr. Jonathan Rossiter) מהמחלקה להנדסת המתימטיקה ושל ד"ר אנדרו קון (Andrew Conn), מרצה במחלקה להנדסה מכנית באוניברסיטת בריסטול, פורסם החודש בכתב העת Bioinspiration and Biomimetics. שני המנגנונים השונים המתוארים במחקר מאפשרים ליצור "ביגוד חכם" ויכולות הסואה מרשימות, כמו אלה הקיימות בטבע.

למאמר המקור

שמיעה מלאכותית בהשראת הצרצר

פרויקט ה CICADA מאפשר למדענים לגשר על הפער בין הנדסה לבין מערכות ביולוגיות מורכבות. בפרויקט זה הצליחו המדענים להעביר את הידע שנצבר ממחקרם על מנגנוני החישה של הצרצר ליצירת אב טיפוס של חיישן, בתקווה שבעתיד יאפשר שיפור בתפקוד עזרי שמיעה.

לצרצר איבר חישה ייעודי להתראה מפני סכנה קרבה. איבר החישה מורכב משערות דקיקות אשר רוטטות מכל משב רוח קל שבקלים. רטט זה מתורגם בבסיס השערה לאות אזהרה מפני סכנה. בהשראת מערכת החישה הרגישה של הצרצר יצרו מדענים, מאוניברסיטת Twente בהולנד, חיישן על, המסוגל להבחין באותות קוליים חלשים מאוד.

התמונה באדיבות William H. Majoros
החוקרים החלו בבחינת שרשרת התגובות של הצרצר, במיוחד נבחנה הדרך בה משתמש הצרצר בשערות המצויות בבסיס החיישן למדידת שינויים מזעריים בזרימת האויר. שינויים אלו מאפשרים לצרצר לגלות אויבים בקרבת מקום.

בשלב הבא במחקר, יצרו החוקרים אלמנט חישה אלקטרומכני באמצעות טכנולוגיית סיליקון מיקרו-מכנית. חיישנים מלאכותיים שולבו יחדיו ליצירת משטח של "חיישני שערות" צפופים. המשטח אפשר לגלות תבניות תנועה, בעיקר שינויים בתבנית התנועה בקרבת המשטח, ואפשר לתרגם שינויים אלה להתראה.

חיישן זה, שפותח בהשראת הטבע, יכול לשמש חלק מפתרון בעיות שמיעה אצל בני אדם. פגיעה בשערות האוזניים כתוצאה מהזדקנות גורמים לבעיות שמיעה, ו"שערות" מלאכותיות אלה עשויות להוביל לפיתוח תחליפים מלאכותיים לשערות הטבעיות הפגועות.

השאלה הנשאלת היא אם צרצורו של הצרצר לא ישגע את כבדי השמיעה, שבהשראתו פותחו עזרי השמיעה...

למקור הידיעה

מזל"ט בהשראת הפרפר

חקר הפרפרים יכול לסייע בפיתוח מטוס זעיר מאוד ללא טייס – הקטן אף ממטבע של פני אמריקאי. פיתוח של רובוט פרפר עשוי בעתיד להחליף את המזל"ט (מטוס זעיר ללא טייס) אותו אנו מכירים היום.
מהנדסים באוניברסיטת ג'ון הופקינס עוקבים באמצעות מצלמות וידאו מהירות אחר תנועת הכנפיים של פרפרים, לצורך תכנון הדור הבא של הרובוט המעופף.

המחקר, ממומן על ידי רשויות ההגנה האמריקאיות, מיועד לייצר "מיקרו כלי  תעופה" Micro Aerial Vehicles (MAV's) – בגודל של חרק, שיוכל לסייע במשימות חיפוש והצלה, בניטור שינויים סביבתיים וכמובן בריגול.
לצרכים צבאיים, צריך כלי הרכב הזעיר להתמודד בסביבה עירונית מורכבת (וצפופה (לחימה וריגול בשטח בנוי) ועם משטר רוחות משתנה. החוקרים מייעדים לרובוט זה יכולת לבצע פניות חדות ולאפשר לו גם יכולת תמרון גבוהה המאפיינת תעופת חרקים, אך נעדרת במזל"טים הקיימים היום.

לצפייה בסרט הסבר על תכנון הרובוט המעופף לחצו כאן

כמושא המחקר נבחר ה- painted ladies, מין פרפר אשר מנפנף בכנפיו כל כך מהר, עד כי תנועות הכנף אינן נראות בעין אנושית. על מנת להתגבר על הבעיה צולמו הפרפרים בתעופה על ידי שלוש מצלמות וידאו בעלות רזולוציה גבוהה, ואשר מסוגלות לקלוט בערך 3,000 פריימים בשניה אחת. מניתוח התמונות עולה כי פרפרים אלה מנפנפים בכנפיהם כ - 25 פעמים בשניה, ותוך כדי תעופה מבצעים עשרות תמרונים שונים.
התמונה באדיבות Dave Dunford
מהמחקר התברר כי ההשערות בדבר דינמיקת התעופה של חרקים אינן מדויקות, וכי גם לביולוגים החוקרים תעופת חרקים יש מה ללמוד. בשלב הבא בוחנים החוקרים חרקים קטנים עוד יותר, כדוגמת זבוב הפירות.

למקור הידיעה