מה הקשר בין קורא ספרים אלקטרוני ודיונונים?

מאת: יעל הלפמן כהן

מחקר חדש של צוות רב תחומי מאוניברסיטת סינסנטי משווה בין מנגנוני הפקת צבע ביולוגיים וטכנולוגיים, ומדגים כיצד יכולים ביולוגים ומהנדסים ללמוד אלה מאלה.

במשך מיליוני שנים, פיתחו אורגניזמים שונים יכולות מרשימות של שינויי צבע למטרות הסוואה ותקשורת. יכולות ההסוואה מבוססות על התאמת צבע הגוף לצבע הסביבה באמצעות מנגנונים מהירים של שינוי צבע. ידועים בתכונה זו הם הדיונונים, השייכים למשפחת ה- Cephalopods, ועל מערכת ההסוואה המתקדמת שלהם כבר דיווחנו בעבר.

לאחרונה פורסם בנושא זה מחקר חדש של צוות רב תחומי מאוניברסיטת סינסינטי שבארה"ב, בירחון האקדמי "The Journal of The Royal Society Interface". הצוות חקר מנגנוני הפקת צבע ביולוגיים וטכנולוגיים. מטרת המחקר: להנגיש למהנדסים העוסקים בתחום של טכנולוגיות תצוגה ידע אודות מנגנוני הפקת הצבע הביולוגיים מחד, ומאידך להנגיש לביולוגים החוקרים את מנגנוני הפקת הצבע הביולוגיים את הישגי הטכנולוגיה בתחום, על מנת לאפשר העברת ידע בין התחומים.

במהלך שני העשורים האחרונים, התפתחה טכנולוגיה תצוגה של דפים אלקטרוניים, המאפשרת תצוגת מלל ותמונות, בקוראי ספרים אלקטרונים למשל. אך אם נשווה טכנולוגיה זו לתכונה הטבעית, המודגמת בשיאה אצל הדיונונים, נגלה שהטכנולוגיה עדיין מפגרת בביצועים האופטיים.  החוקרים השוו בין שיטות להפקת צבע ושינויי צבע בטבע לעומת שיטות טכנולוגיות, ומצאו שיש בסיס משותף לשתיהן. בשתי הגישות משתמשים בפיגמנטים, כאשר שינוי הצבע מושג על ידי פיזור או דחיסה של הפיגמנט. אופן שינוי הפיגמנט משתנה בין הטכנולוגיה לביולוגיה. המנגנון הביולוגי מבוסס על סיבי שריר המפזרים את הפיגמנט או דוחסים אותו, ואילו המנגנון הטכנולוגי משתמש בשדה חשמלי למטרה דומה. למרות הדמיון הבסיסי, יכולת ההפקה ושינויי הצבע הטכנולוגיים מעולם לא הגיעו לרמת המורכבות והתחכום של המנגנונים הביולוגיים, הבאים לידי ביטוי בעורם של ה- Cephalopods.

יעילות המנגנון הביולוגי מבוססת על ניצול האור הטבעי. עורם של בעלי חיים מחזיר אור להשגת אפקט של בוהק, או קולט אור מהסביבה להשגת אפקטים של צבעוניות, כאשר שינוי הצבע מתרחש בפרקי זמן של אלפיות השנייה. המנגנונים הטכנולוגיים, לעומתם, מבוססים פחות על ניצול אור טבעי ולרוב הם דורשים מקור אנרגיה פנימי . (יוצא מן הכלל הוא הפיתוח של מסך ה-  Mirasol של חברת קוואלקום, המדגים יכולות תצוגה המבוססות על החזרי אור ולא על מקור אור פנימי, פיתוח ביומימטי המבוסס על מבנה הצבעים הפיסיקליים שבטבע).  

יתרון נוסף של המנגנונים הביולוגיים, מעבר ליכולתם לנצל אור טבעי, הוא העובדה שהם מצויים במערכות ביולוגיות בעלות טווח גדלים נרחב, החל מדיונונים קטנים ועד תמנונים גדולים. עוד בולטים המנגנונים הביולוגיים ביכולתם לשנות את טקסטורת פני השטח באופן סלקטיבי. כך, למשל, לדיונונים יכול להיות מופע של עור חלק או מקומט, והם יכולים ליצור מגוון טקסטורות תלת ממדיות, המספקות יכולת נוספת של החזר אור והצללה.

התמונה באדיבות prilfish

אך גם למערכות הטכנולוגיות יתרונות ברורים. היתרון הבולט הוא במהירות החלפת הצבע. הצבע בטבע מוחלף במהירות של אלפיות השנייה, אך הטכנולוגיה מדגימה ביצועים מהירים יותר, ומסוגלת לספק מגוון צבעים רחב יותר. מעניין לציין כי הצבע השחור, למשל, המאפיין מסכים אלקטרונים רבים במצבי המתנה, אינו מושג בטבע ברמת כהות דומה. הסיבה לכך יכולה להיות שלבעלי חיים ימיים אין סיבה הישרדותית אמתית להפוך לשחורים, השחור הכהה עלול להבליט אותם ולחשוף אותם לאויביהם.

המחקר מדגים בצורה יפה כיצד יכולה הטכנולוגיה להיתרם מהביולוגיה, ולפתח מערכות תצוגה משופרות ויעילות אנרגטית מחד, ומאידך מדגים המחקר כיצד יכולים ביולוגים  להבין טוב יותר את האילוצים האבולוציוניים שהובילו להתפתחות המנגנונים הביולוגיים, בזכות ההתפתחויות הטכנולוגיות.
מקור הידיעה