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.

חדשנות מהטבע יוני 2012

קוראים יקרים,

מספר המינים המדויק בטבע לא ידוע, אך ההערכה הגבוהה עומדת על כ-100 מיליון מינים שונים, מהם רק חלק קטן ביותר זוהה ונחקר. מספר עצום זה מעיד על הפוטנציאל הגדול הגלום בלמידה מהטבע. החודש נתמקד בשני מינים פחות מוכרים. חסילון המנטיס, ששימש השראה וידע לפיתוח אפוד מגן, ושעועית מקסיקנית מקפצת, ששימשה מודל לחוקי תנועה רובוטית. נעסוק גם בשני מינים מוכרים יותר, קיפוד הים, ששימש כמקור השראה לפיתוח מבנה, והדבורים, שתרמו להבנת מנגנוני ההצמדה בטבע.

בחמישה ביולי תתקיים השקת שביל הביומימיקרי הישראלי בגן הבוטני של מכללת אורנים. אירוע ההשקה יכלול סיור מודרך בשביל על ידי מרצים ממכללת אורנים ועל ידי נציגי ארגון הביומימיקרי הישראלי. קוראים המעוניינים להשתתף באירוע ההשקה מוזמנים לפנות אלינו לקבלת הזמנה.

בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

רובוט בהשראת שעועית מקסיקנית מקפצת...

אלגוריתם לבקרת תנועת רובוט מתגלגל פותח בהשראת זרע שעועית מקפץ. האלגוריתם הפשוט מבטיח חיסכון במקום ובאנרגיה של רובוטים זעירים.

רובוטים הם לעיתים קרובות תולדה של חיקוי התנהגויות ייחודיות של בעלי חיים. בין מאות סוגי הרובוטים יש מכונה בהשראת השממית שמסוגלת לטפס על קירות, רובוט בהשראת המקק שמסוגל לבצע זינוקים, מכוניות חילוץ בהשראת נמלים ועוד. הפעם נתאר כיצד זרע גדול, כזרע שעועית, יכול להפוך למודל חיקוי לתנועה רובוטית.
צוות מהמכון הטכנולוגי בג'ורג'יה פנה דווקא ל"שעועית המקסיקנית המקפצת" (Mexican Jumping Bean) כמקור להשראה. השעועית המקסיקנית המקפצת, איננה מנת צ'ילי קון-קרנה, כי אם זרע גדול כשעועית, המאכסן זחל עש החי בתוכו.
הביצה שהוטלה על שיח השעועית בוקעת, הזחל שבוקע מתוכה אוכל את תוכן זרע השעועית ומתמקם בחלל שנוצר. על מנת לשרוד בתנאי חום קיצוניים, כאשר הטמפרטורה עולה מעל לסף מסוים, זז הזחל כך, שזרע השעועית שבתוכו הוא נמצא מקפץ ומתגלגל. רק כשהתנאים מתאימים עובר הזחל לשלב הבא בגלגול, ומתגלם לפני הפיכתו לעש.


Mexican Jumping Bean התמונה באדיבות Ahmed.yosri

מטרת המחקר לפתח רובוט ללא רגליים, שמסוגל לתפקד באמצעות סט הוראות פשוט ובאופן יעיל אנרגטית. המהנדסים השותפים לפרויקט בחנו את תנועת זרעי השעועית. הם הניחו את זרעי השעועית שאכסנו את הזחלים על משטח עם גרדיאנט טמפרטורה: קר בקצה אחד וחם בקצה השני. בתבנית תנועה מדויקת ניסו כל הזחלים להגיע לקצה הקר. זרעי השעועית קפצו 85% מהזמן, התגלגלו 14% מהזמן וזינקו באחוז אחד מהזמן.
לאור התוצאות האלה פיתחו המדענים אלגוריתם לבקרת תנועתו של רובוט מתגלגל עם חוקיות דומה: תנועה אקראית לימין או לשמאל, תנועה לכיוון טמפרטורה נמוכה יותר ועצירה בהגעה לטמפרטורה הדרושה.
רובוטים מסוג זה יכולים להוות חיישנים לא יקרים, מכיוון שמספר רובוטים בגודל זרע שעועית יכולים לייצר, למשל, מפת טמפרטורה מדויקת יותר. וכמובן, בהתאם לסוג החיישן, אפשר למפות גם טווח של חומרים כימיים, לחות, אור וכן הלאה.
אלגוריתם פשוט זה לא מצריך יכולות חישוב מסובכות, והוא יחסוך מקום ואנרגיה.

למקור הידיעה

משריון טבעי לשריון אנושי

מאת: אופיר מרום

בקצה אצבעות חסילוני המנטיס נוצר מבנה קשיח מחומרים קרמיים והוא מהווה מקור ידע לתכנון חומרים חדשניים, חזקים וקלים.

חסילוני המנטיס שייכים למחלקת הסרטניים העילאיים, והם ידועים כחיות אגרסיביות. להבדיל מבני משפחתם הימיים, נוהגים חסילוני המנטיס, בין היתר, לרדוף אחרי טרף חי, והם מסוגלים לשפד אותו, להמם אותו במכה או לבתק את איבריו בעזרת זוג הצבתות שלהם. לחסילונים עוצמה המספיקה לשבירת זכוכית האקווריום, לכן נהוג להחזיק אותם בכלים מיוחדים. צבתות של חסילוני המנטיס, שנחקרו בעבודה זו, נראות למעשה כמעין אצבע דמוית אלה או פטיש. אצבעות אלה מסוגלות להאיץ מתחת למים מהר יותר מקליע 22 מ"מ למהירות של 23 מטר לשנייה. העוצמה בנקודת הפגיעה שווה להפעלת כוח של מעל 700 ניוטון, ולמרות העומס הרב, אצבעות החסילונים מסוגלות לספוג אלפי פגיעות כאלו לפני שיוחלפו במהלך תהליך השלה טבעי.
חסילון המנטיס. תמונה מאת Slike Baron תחת רישיון CC 2.0

חוקרים רבים בוחרים לחקור את מבנה הקונכיות של רכיכות ואת שריוני הסרטנים, המספקים הגנה נגד טורפים חזקים מהם. הבנת ההרכב של אותם מבנים היא מקור השראה לתכנון חומרים חדשניים, שיהיו חזקים אך בעלי משקל נמוך ככל האפשר. חומרים כאלה דרושים למימוש יישומים רבים ומגוונים כגון שלדות של מכוניות חשמליות ושל מטוסים, בהם חיסכון במשקל גורם ישירות לחיסכון באנרגיה, או אפודי מגן שיאפשרו ניידות גבוהה של חיילים. במאמר שהתפרסם לאחרונה במגזין "Science" מתאר צוות החוקרים למה, אם כן, בחרו לבחון דווקא זן של חסילון המנטיס, (שם מדעי: Stomatopoda).
"המוטיבציה למחקר הייתה להבין מה מאפשר לאצבע החסילונים לספוג פגיעה דומה לאלפי קליעים, ללא נזק", אמר החוקר דיויד קיסאליוס. האצבעות נמצאו כמבנה מורכב מאוד, בעל שלושה אזורים מיוחדים, שפועלים יחד כדי ליצור מבנה, שהוא קשיח יותר מחומרים קרמיים מהונדסים רבים. האזור הראשון ממוקם על פני השטח של האצבע, והוא האזור הקשיח הפוגע במטרה בזמן התקיפה. האזור מאופיין בריכוז גבוה של מינרלים, דומה לזה שנמצא בעצמות אדם. מתחת לו, באזור השני, שכבות של סיבי כיטין (סוכר מורכב), מאורגנים בקונפיגורציה סיבובית ופזורים בתוך מינרלים, המתנהגים כמו בולם זעזועים, סופגים אנרגיה כשגלי הלחץ עוברים לאורך האצבע. לבסוף, דפנות האצבע עטופות בצרורות של סיבי כיטין בניצב לאזור הראשון (אזור הפגיעה), וכך גדלים הדחיסות והקשיחות של האצבע ונשמרת שלמות המבנה בזמן ההתנגשויות המהירות.
החוקרים מתכוונים בין השאר ליישם את המסקנות המחקר כדי לפתח אפוד מגן משופר, וכבר קיבלו מענק של 590,000$ מהצבא האמריקאי לשם כך.

למקור הידיעה

הסקוטש בשירות הדבורים

מאת: יעל הלפמן כהן

תאים דמויי סקוטש (צמדן) המצויים בעלי הכותרת של פרחים שונים, מסייעים לדבורים להיאחז בפרחים בזמן איסוף אבקת הפולן, ומונעים מרוחות חזקות להרחיק אותן משם.

בשנים האחרונות גבר העניין המחקרי בדבורים עקב התדלדלות מדאיגה באוכלוסיית הדבורים העולמית. צוות מדענים, מאוניברסיטאות קיימברידג' ובריסטול שבאנגליה, גילה מנגנון הישרדותי מעניין שיש לדבורים, התורם להצלחתן בתהליך איסוף המזון. הצוות זיהה תאים דמויי סקוטש (צמדן) על עלי הכותרת של פרחים שונים, וגילה כי תפקידם של תאים אלה לסייע לדבורים להיאחז בפרחים בזמן איסוף אבקת הפולן, ולייצב עצמן כנגד רוחות חזקות העלולות להרחיקן מהנקטר הנכסף. המחקר פורסם לאחרונה בעיתון האקדמי לאקולוגיה פונקציונאלית.
הצוות חקר מדוע דבורים מעדיפות פרחים מסוימים על פני אחרים, ומצא שעל רוב עלי הכותרת של פרחי הגינה הנפוצים יש תאים בצורת קונוס. לוורדים, למשל, יש עלי כותרת בצורת קונוס מעוגל, בעוד שלפטוניה יש תאים מאורכים, ועובדה זו מקנה לפרחים אלה מראה קטיפתי.

                                     תמונה מאת Alvesgaspar תחת רישיון cc 3.0

הצוות ערך ניסוי, בו חשף דבורים לפרחי לוע הארי עם תאים קוניים, ולקבוצה נוספת של פרחי לוע ארי שנעדרים תאים קוניים כאלה עקב מוטציה. הדבורים העדיפו את הפרחים עם התאים הקוניים. בהמשך ביצע הצוות הדמיה של השפעת הרוח. לצורך כך הניחו החוקרים את הפרחים על משטח רועד, המיועד בדרך כלל לערבוב נוזלים. ככל שהגבירו החוקרים את מהירות הרעידות, המדמה את מהירות הרוח, הגבירו הדבורים את העדפתן לפרחים עם התאים הקוניים.
צוות החוקרים מסביר שהתאים הקוניים מאפשרים "נעילה" של רגלי הדבורים בתוך המרווחים שבין התאים. מבנה זה, לטענתם, מזכיר את מנגנון ההצמדה של הסקוטש, המבוסס על זיזים המסתבכים בין לולאות פרוותיות. מעניין לראות כי מנגנון הצמדה נפוץ, המצוי בזרעים רבים, ואשר כבר שימש כמקור השראה לפיתוח הסקוטש, מזוהה כעת בקרב הדבורים, אך הפונקציה נשארה זהה: הצמדה.
מנקודת מבט אקולוגית תורם המחקר להבנה מעמיקה יותר של האינטראקציות העדינות בין צמחים ומאביקים. צמחי גינה רבים מכילים תאים קוניים, וכעת ידוע תפקידם. התבוננות ממעוף הדבורה מסייעת לחשוף תכונות נסתרות של פרחים, כמו מבנה התאים הקוניים, תכונות שיכולות להיות קריטיות בתהליך שיחור המזון.

למקור הידיעה

העיר הביונית

מאת: צביקה פופר

מודל ה"עיר הביונית" פותח בהשראת יכולת הטבע להתמודד עם שינויים דרסטיים, והוא מבוסס על מבנים ותשתיות דינאמיות המקיימים קשרים סימביוטיים, בדומה למבנה הקשרים במערכת אקולוגית מורכבת.

ב-26 לדצמבר 2004 התרחש אסון בקנה מידה אדיר עקב פגיעתו של גל צונאמי בחופיהן של מדינות דרום מזרח אסיה (אינדונזיה, תאילנד, הודו וסרי-לנקה). הגל פגע בחופה הדרום-מזרחי של סרי-לנקה, אשר בצמוד אליו נמצא הפארק הלאומי "יאללה" (YALA), המשמש בית למאות מינים של חיות בר, החל בנמרים ופילים וכלה בעשרות מיני ציפורים וזוחלים. גם הפארק נפגע באסון. כתוצאה מהגל הקטלני נהרגו כ-35,000 בני אדם בסרי-לנקה. בפארק נהרגו פרטים בודדים בלבד מתוך מאות אלפי בעלי חיים.
יישובים של בני אדם היו חשופים מאז ומתמיד לפגיעתם של אסונות סביבתיים, ומכך שכל הציביליזציות לאורך ההיסטוריה חוו את זעמם של איתני הטבע. הסיבה המרכזית לחוסר היכולת להתמודד עם אסונות כאלה במרכזי ההתיישבות האנושיים, היא שהערים נבנו תמיד מתוך תפיסה שאנו חיים בעולם יציב וקבוע – ואילו המציאות מעידה כי ההיפך הוא הנכון. בניגוד ליישובי האדם, המבנים בטבע המתפתחים בתהליכים אבולוציוניים, הם מבנים מורכבים וגמישים המבוססים על תשתיות משולבות, בעלות יכולת לחזות ולהתכונן לאירועים סביבתיים משמעותיים. כאשר אירועים כאלה מתרחשים בשכיחות גוברת, הטבע משלב את השינויים הנגרמים כתוצאה מכך בתוך מחזור החיים, ובתוך המערכת האקולוגית. לדוגמא: מערכות אקולוגיות המתפתחות באזורי הדלתא של נחלים מסוגלות להתמודד עם הצפות שנתיות ואף לשגשג מכך.
מליסה סטרי, עתידנית ודוקטורנטית בבית הספר לארכיטקטורה באונ' גרינוויטש (Greenwich) באנגליה, קיבלה השראה מיכולתו המופלאה של הטבע לזרום עם שינויים דרסטיים ולהטמיע אותם לתוכו, ופיתחה את מודל "העיר הביונית" (Bionic City). העיר הביונית ממנפת את הקיימות העירונית לגבהים חדשים בכך שהיא משלבת פתרונות תכנוניים ותפעוליים, המשלבים את האתגרים הסביבתיים עם צורכי האדם. העיר הביונית מעודדת את יצירתם של מבנים ותשתיות מורכבות ודינאמיות, שבהן כל רכיב מתקשר ומקיים קשרים סימביוטיים עם הרכיבים האחרים, וכך הופכת העיר למערכת אקולוגית מורכבת, המהווה יישות-על, שמגיבה לשינויים במזג האוויר, בתנודות הקרקע ובמשאבי הטבע, ומטמיעה אותם לתוכה. בניגוד לערים המודרניות, שאך מנסות למנוע, לדוגמא, הצפות, העיר הביונית מטמיעה את ההצפות לתוכה באופן ביומימטי, ואף עושה בהן שימוש כמשאב לצמיחתה.
דמיינו בראשכם עיר, אשר מסוגלת לחזות רעידת אדמה ולהשתנות בהתאם ובכך לא רק להציל חיים אלא אף לצמוח, בדומה לבעלי החיים בשמורת YALA, שפיתחו יכולות חישה, חיזוי והתמודדות עם אירועי קיצון בטבע, (מוצלחות בסדרי גודל מאלה שברשותנו) ובזכות כך חייהם ניצלו.

למידע נוסף

עיצוב מבנה בהשראת קיפוד הים

כתיבה: לירון דן

קליפת קיפוד הים היא מבנה מעוגל ופחוס המכיל את חלל הגוף של הקיפוד ומורכב מפסיפס של לוחיות קטנות המפוזרות בצורה אחידה כאשר כמותן פוחתת לקראת הקטבים. פחיסות המבנה מאפשרת פיזור של העומסים בצורה שווה ולכן מפחיתה את הסבירות להתפתחות סדקים או שברים. טכנולוגיית פסיפס זו היא לב הרעיון התכנוני של מבנה ה- SPACEPLATES GREENHOUSE, המורכב ממשטחים מכופפים המחוברים זה לזה ומקיפים חלל פנימי פתוח.
מבנה ה- SPACEPLATES GREENHOUSE מבוסס על עבודתו של המהנדס הדני Ture Wester שזיהה את פוטנציאל השימוש בלוחות שטוחים ליצירת משטחים תלת ממדיים מרובי עקומות ותוכנן על ידי האדריכלית ANNE ROMME וקבוצת האמנות N55.
המבנה עשוי יריעת אלומיניום בעובי של 4 מ"מ בחיתוך לייזר, מכופף בקצוות ומחובר יחד בהברגה. מבנה זה קשיח וקל משקל. אל הלוח מחוברים החלונות העשויים זכוכית אקרילית (הידועה גם בשם פרספקס).


                                                התמונה באדיבות  ANNE ROME

מבנה ה SPACEPLATES תוכנן על מנת לאפשר לאנשים לבנות בעצמם, מתוך מחשבה שארכיטקטורה כדיסציפלינה, ותהליך הבנייה במיוחד, תלויים בכלכלה ובטכנולוגיות מתקדמות. בעוד הטכנולוגיה נעשית נגישה ליותר ויותר אנשים ומשמשת אותם בחיי היום יום, תכנון של מבנה למגורים או לעבודה הופך להיות פריבילגיה לא נגישה.
הפרויקט מציע שיטת בנייה המאפשרת תהליך פשוט של עיצוב והרכבת מבנים. כל חלקי המבנה עשויים מלוחות דקים, שצורותיהם הגיאומטריות מאפשרים העברת כוחות של מתיחה ולחיצה. שלא כמו מבני הגריד, המשמשים רבות בארכיטקטורה עכשווית, במבנים המורכבים ממשטחים בלבד המערכת המבנית והחיפוי חד הם.
פרויקט ה- SPACEPLATES GREENHOUSE משלב בין טכנולוגיה דיגיטלית, המאפשרת תכנון מוקפד ומדויק, לבין עבודת בנייה פשוטה ומודולארית, שכל אחד יכול להרכיב בעזרת כלי עבודה ידניים בלבד. הרעיון הוא שהלקוחות יוכלו להרכיב את המבנה שלהם ע"י בחירת רזולוציית התצרף וסוג הצורות שירכיבו אותו. אנימציה זו מדגימה כיצד הלקוח יכול לעצב את המבנה שלו בשיטת התצרף המוצעת.

לאתרי היוצרים:

http://www.anneromme.com/

http://www.n55.dk/