מאת: יעל הלפמן כהן
מנגנון ההאבקה של הצמח ציפור גן עדן, המבוסס על מנגנון כיפוף ייחודי ונעדר צירים, משמש כמקור השראה ומקור ידע לבניית מערכות טכנולוגיות חסכוניות באנרגיה ובעלויות תחזוקה.
מנגנון ההאבקה של הצמח ציפור גן עדן, המבוסס על מנגנון כיפוף ייחודי ונעדר צירים, משמש כמקור השראה ומקור ידע לבניית מערכות טכנולוגיות חסכוניות באנרגיה ובעלויות תחזוקה.
מבנים ארכיטקטוניים כמו מערכות הצללה, מטריות או סוככים, מכילים בדרך כלל רכיבים נוקשים, המחוברים באמצעות צירים. רכיבים אלה נחשפים לעומסים במהלך השימוש, הם נשחקים וזקוקים לתחזוקה ולהחלפה. בטבע יש מבנים גמישים המציגים דרך אחרת להתמודד עם האתגר של הכיפוף. למרות שהמונח ציר מופיע בספרות לתיאור המחברים הגמישים שלהם, צמחים מתעקמים ללא צירים, אלא באמצעות מבנים דמויי צירים, המאופיינים בהפחתה מקומית של עובי החומר.
ציפור גן עדן הוא פרח נוי יפהפה דמוי ציפור, שציפורים מעבירות את האבקה שלו מפרח לפרח. הציפורים נוחתות על כותרת הפרח, ומשקלן גורם לכיפוף זמני של עלי הכותרת. הכיפוף חושף את האבקנים, ואלה נדבקים לרגלי הציפור, שאח"כ ממשיכה במעופה לפרחים אחרים ומבצעת את מלאכת ההאבקה. עם מעופה של הציפור ושחרור העומס מעלי הכותרת, האבקנים נסוגים אחורה למנח המקור, ומכוסים בבטחה ע"י עלי הכותרת הודות למאפיינים האלסטיים של המערכת. לצפייה במנגנון האבקה לחץ על קישור זה.
מנקודת מבט הנדסית, מנגנון הכיפוף של הפרח הוא מנגנון תנועה חסר צירים. כוח מכאני חיצוני (משקל הציפור) יוצר כיפוף של מספר רכיבים. בשל תכונותיהם האלסטיות של הרכיבים, האנרגיה האלסטית הנאגרת יכולה להחזיר את המערכת למצבה הראשוני.
מנגנון התנועה המעניין נחקר על ידי מר סיימון שלייטשר בסיוע אוניברסיטת שטוטגרט, ונרשם כפטנט תחת השם Flectofin. בתהליך פיתוח ביומימטי, שעלה מאתגר הנדסי של פיתוח מנגנון כיפוף ללא צירים, נבחנו מנגנוני כיפוף במספר צמחים, בהם גם ציפור גן עדן. בשלב הראשון נבנה מודל פיסיקלי המדגים התנהגות כיפוף דומה לזו המודגמת בצמח ציפור גן העדן. באמצעות מודל זה הועמקה ההבנה לגבי המנגנון והוגדרו הפרמטרים הגיאומטריים והחומריים הדרושים כדי לפתח יישומים של מנגנון זה. את משקל הציפור מחליפה לחיצה קלה באצבע, בעקבותיה מתחילה "השדרה" המרכזית להתעקם והחלקים המחוברים אליה מתכופפים לצדדים. לצפייה במודל הפיסיקלי לחץ על קישור זה.
למנגנון כיפוף זה, הנעדר צירים, ייתכנו יישומים רבים, מרמת המיקרו ועד ליישומים ארכיטקטוניים למבנים. יישום מכניזם הכיפוף ליישומים אדריכליים התאפשר לאחר שזוהה פולימר מתאים, בעל יכולות אלסטיות, המסוגל להגיע לסטייה גדולה לפני כשל. כרגע נמצאת בפיתוח מערכת הצללה בעלת רפפות, המאפשרת זוויות פתיחה הנעות מ- 90- ל – 90+. תהליך הכיפוף יכול להיות מופעל על ידי לחץ חיצוני שמפעיל המשתמש, או באופן אוטונומי, כתגובה לשינוי טמפרטורה. מאחר והמערכת פועלת ללא צירים ישרים, היא יכולה להיות מותאמת להצללה של חזיתות בעלות מבנה עקמומי.
השימוש במערכות מכאניות ללא צירים מוריד את רמת התחזוקה הנדרשת, ומביא חיסכון אנרגטי בתפעול. העדר הצירים מאפשר גם ייצור בשלב אחד וביטול הצורך בהרכבה.
מעניין לראות שדווקא צמחים הנעדרים יכולות תנועה מדגימים מנגנוני תנועה מרתקים. שוב אנו עדים לכך שתחת אילוצים באים לידי ביטוי פתרונות חדשניים בטבע. כמו ציפור גן העדן יש צמחים נוספים הראויים למחקר, הנושאים בחובם מנגנוני תנועה חדשניים היכולים להוות מקור השראה וידע ליישומים במספר תחומים, לרבות ארכיטקטורה, תעופה, טכנולוגיה רפואה והנדסה.
