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 נובמבר 2013

קוראים יקרים שלום,

החודש בחרנו לספר לכם על תערוכת עיצוב אופנה בהשראת הטבע שהתקימה בשנקר. התערוכה היא פרי תהליך לימודי שעברו הסטודנטים במהלך הלימודים. בנוסף נתאר לכם מנגנוני תנועה שונים בהשראת הפינגווניים, החילזונות ואפילו הצדפה.
כמו כן בחרנו להרחיב על מחקר המחפש עקרונות פעולה ומאפיינים משותפים המסבירים את התפקוד הגבוה של מערכות בטבע, ומנסה להגדיר דרכם עקרונות לעיצוב רשתות אנושיות מתקדמות.


חברות וארגונים המעוניינים להזמין הרצאה או סדנא מוזמנים לפנות אלינו במייל. info@biomimicry.org.il
ההרצאות חושפות את הקהל לתחום הביומימיקרי כמקור לחדשנות סביבתית ומעוררות סקרנות ועניין רב.


בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

ביומימיקרי ועיצוב אופנה: סקירת תערוכה

מאת: יעל הלפמן כהן

החודש זכינו למבט אחר על תחום הביומיקרי, מבט אופנתי,  בתערוכה של בוגרי הקורס "איתות: מבט ביומימטי על עיצוב אופנה" שהוצגה בשנקר. התערוכה מסכמת שיתוף פעולה בין שתי מחלקות לעיצוב אופנה: אסמוד-ברלין ושנקר –ישראל, ביוזמת מכון גתה תל אביב ובתמיכת קרן עתיד גרמניה ישראל. הקורס הונחה על ידי הצמד רחל ברמן-הדרי ואילן ליאור משנקר, ועל ידי קולגות בברלין.
שיתוף הפעולה החל בבחירת נושא משותף שאותו חקרו הסטודנטים - מחקר ביומימטי ויישומו בעולם העיצוב. בתחילת הקורס קיבלו הסטודנטים רקע על תחום הביומימיקרי, וכל אחד מהם קיבל נושא למחקר, מתוך רשימת נושאים המבטאים מנגנונים שונים בעולם הטבע כדוגמת: מנגנוני הסוואה, טרף והגנה, וויסות טמפרטורה ועוד.
כל אחד מהסטודנטים התמקד בפרויקט אחר, וחקר כיצד ניתן לתרגם את הידע הביולוגי שחקר לעיצוב בגד לביש. הסטודנטים הונחו שלא להסתפק בהשראה הוויזואלית, אלא ללמוד גם מהאופן שבו הטבע פותר בעיות, ולתרגם פתרונות אלה לעולם האופנה. התהליך כלל פיתוח חומרים מתאימים, ופיתוח של צורות וטקסטורות ששיקפו את הפונקציה הטבעית ששימשה השראה לפרויקטים.
בתערוכה הוצגו הדגמים שעוצבו על ידי הסטודנטים מגרמניה וישראל על פי החלוקה לנושאי המחקר, והחיפוש מתועד בספרי הסקיצות  שהונחו לצד העבודות.
להלן מספר דוגמאות לפרויקטים שהוצגו:
רותם שגב – עיצבה שמלת ערב בהשראת עיקרון ההכבדה בטבע,  שבה מרכז הכובד הוא הגזמה והקצנה של שרשרת בד. על התהליך שעברה שגב רותם במהלך הקורס אפשר לקרוא גם בבלוג האישי שלה.

עיצוב בהשראת עיקרון ההכבדה. עבודתה של רותם שגב. תמונה באדיבות שנקר. (צילום: אמיר יהל)
לין פרידמן חקרה מנגנוני הגנה, והתמקדה בתופעת ניתוק הזנב כהגנה מפני התוקף. המנגנון מבוסס על נקודות שבירה המאפשרות ניתוק מהיר. נקודות שבירה אלו הובילו לחיפוש טכניקות חדשות לחיבור חלקים ולעיצוב בגד מודולארי, שבו חלקים רבים ניתנים לניתוק ולחיבור מחדש.
ענבר בן-שבת חקרה מנגנוני הסוואה, שבהם שכבות של תאים המכילים פיגמנטים מתפזרים בחלל התא ומשנים את צבעו של התמנון, למשל. הבגד יישם את מנגנון ההסוואה באמצעות כיסוני ניילון המכילים פיגמנטים. התפשטותם על פני שכבת הבד החיצונית יוצרת אפשרות הסוואה / היטמעות בסביבה עבור הלובשת.
נועה סנצ'ו חקרה את שיטת החנק והארס. המחקר הוביל לשימוש בצינורות "שרינק" מעולם האלקטרוניקה והחשמל, המתכווצים בחימום. כיווץ, חיתוך והקשיית החומר בחימום מדמים את כווץ שרירי הלב והריאות בעקבות הארס ותחושת החנק וחוסר האונים.
נוי גולדשטיין עסקה בנושא בקרת טמפרטורה, וחקרה את הקקטוס בעל המבנה הקוצני. הדגם שיצרה מציג את החיבור בין פני שטח גליים ודימויי קוצים, המצלים על שטח הפנים של הצמח.

תחום הביומימיקרי מנגיש למעצבים עולם רחב של פתרונות ורעיונות, המשקפים צורת חשיבה אחרת מהמוכר והידוע. מטרת הקורס הייתה להעשיר את עולם המשאבים הרעיוניים של המעצבים ולהרחיב את ההיבט המחקרי שבבסיס עבודת העיצוב, דרך עקרונות העומדים ביסודם של פתרונות בטבע. העבודות אכן משקפות רעיונות אחרים השאובים מעולם התוכן של הטבע, רעיונות המפיחים בביגוד רוח חדשנית ומעניינת.

לקראת רשתות בארגון-עצמי בהשראת הטבע


מאת: מאיה גבעון

דמיינו לכם כוורת עמוסה, או קן נמלים. אלפי פרטים עסוקים בכל רגע נתון במשימות שונות: ניקוי הקן, איסוף מזון, הגנה על הקן, הזנת הצאצאים ועוד. אם פתאום יימצא מקור מזון שופע בקרבת הקן, יותר פועלות יעברו לטפל באיסוף מזון על חשבון ביצוע מטלות אחרות, מבלי לקבל פקודות ממנהיג כלשהו או מ"חדר מצב" יודע כל.
 
תכונה זו של המערכת המורכבת היא ארגון עצמי, והיא ניכרת ברמות שונות בטבע: מהתארגנות תאים בתוך רקמה (למשל, בעת היווצרות עובר), דרך תפקוד מערכת החיסון והיווצרות מושבות חיידקים, ועד התנהגות חברתית מורכבת, בתוך מין או בין מינים שונים באקו-סיסטמה. יכולת הארגון העצמי כוללת ניהול תצורה (קונפיגורציה) עצמית, יכולת אופטימיזציה עצמית וכן יכולת תיקון / הבראה עצמית.
מערכות בינה מלאכותית ומערכות תקשורת אנושיות מפותחות בשנים האחרונות באופן מואץ, ומגיעות לרמות מורכבוּת הולכות וגדלות. למרות זאת, מערכות אלה אינן מתקרבות ברמת התפקוד שלהן למורכבוּת, להטרוגניות ולדינאמיות המאפיינות מערכות מורכבות בטבע. יתר על כן, אין בנמצא סט כלים או עקרונות לפיתוח רשתות תקשורת מורכבות כאלה, שיוכלו לשפר את היעילות והתפקוד שלהן.
כתב העת Science China  פרסם לאחרונה מאמר, פרי עבודתם של צוות חוקרים מהמכון לטכנולוגיית רשתות מתקדמת באוניברסיטה למדע וטכנולוגיה בבייג'ינג,  בשם "על עקרונות העיצוב וגישות אופטימיזציה לרשתות ארגון עצמי (במקור: SOL: Self Organized Networks) בהשראת הטבע". צוות המחקר מחפש עקרונות פעולה ומאפיינים משותפים המסבירים את התפקוד הגבוה של מערכות בטבע, ומנסה להגדיר דרכם עקרונות לעיצוב רשתות אנושיות מתקדמות.
על ידי לימוד של תכונות חיוניות ובסיסיות ביותר, שנצפו בדרך כלל בזנים טבעיים שונים, נחקרים כעת במחקר זה ארבעה מנגנונים משותפים, הכוללים (1) את הנטייה לאחד מחדש את התת-רשתות המפוצלות (TRUS), (2) את עקביות התפקוד ממוקד המשימה (CTOF), (3) את התפקידים הניתנים להחלפה (RR), ו(3) את הנטייה מוּנעת-הלכידות של ספונטניות הומולוגיית-הפרט והרמוניית-הקבוצה (C-TSIG).
ארבעת המנגנונים הבסיסיים המוצעים בזאת חיוניים לתכנון רשת ולפריסה, ומספקים את העקרונות הבסיסיים לתכנון מערכות מלאכותיות מנקודת מבט מאקרוסקופית. בנוסף, ניתן ליישם גם אלגוריתמים חכמים, בהשראתן של התכונות הפחות-בסיסיות הנצפות בזנים מסוימים, כדי לערוך אופטימיזציה של הביצועים של מערכות מלאכותיות במונחי רשת, תפעול, אחזקה, אופטימיזציה וכו', מנקודת מבט מיקרוסקופית.

פינגווין טורפדו


מאת: זיו כהני

הביטוי "הליכת פינגווין" נתפס אצלנו כתיאור להליכה מצחיקה ומתנדנדת. אז אולי ככה הם הולכים על האדמה, אבל מתחת למים הפינגווינים מאוד מפתיעים בתנועה שלהם...
פלאביו נוצ'ה, מרצה לאווירודינמיקה במכונים הטכנולוגיים המובילים בשוויץ, חוקר את תנועת הפינגווינים לצורך פיתוח של טכנולוגיות הנעה תת מימיות יעילות יותר ומתוחכמות יותר.
בין השאר גילה נוצ'ה כי הפינגווינים מסוגלים לנוע מתחת למים כמו טילים קטנים, להגיע למהירות מ-0 עד 7 מ' לשנייה בתוך שנייה. למי שמנסים להבין מה זה אומר - מדובר בתאוצה מדהימה, בוודאי כשמדובר בפעולה תת ימית.
התמונה באדיבות Kils

בכנס של תחומי דינאמיקה של זורמים שמתקיים בימים אלה, מציג נוצ'ה דגם שפיתח ויוצר במעבדה. הדגם מציג למעשה מנגנון מכאני כדורי חדשני, המחקה את התנועה המשולבת של הכתף והכנף של הפינגווין. המנגנון ניתן לחיבור בקצהו של ציר מסתובב, ויכול לאפשר תנועה בעלת 3 דרגות חופש (תנועות סיבוביות הן בעלות 2 דרגות חופש בלבד), דבר שמאפשר את הגדלת טווח התנועה הסיבובית, ולמעשה מציג מכלול משופר של פרופלור.
כמובן שלצורך השגת מה שהפינגווין עושה בעיניים עצומות, החוקרים השקיעו מחשבה רבה וביצעו ניסויים רבים- המנגנון שיחקה את התנועה הזו של הפינגווין צריך לעמוד בעומסים מכאניים גדולים מאוד.
זאת עוד דוגמה לכך שיצור גמלוני, שמתנדנד כשהוא צועד על פני האדמה, משאיר מאחוריו שובל עשן, ובמקרה הזה בועות, כשהוא מתחת למים...

למקור הידיעה

רובוטיקה בהשראת חלזונות וצדפות

מאת: דפנה חיים לנגפורד

אורגניזמים טבעיים ומערכות הנדסיים התפתחו והתייעלו במטרה לבצע משימות שונות תחת מגבלות. אורגניזם התפתח כתוצאה מאילוצי הטבע ואילו מערכות הנדסיות התפתחו כתוצאה ממגבלות הפיזיקה ומאילוציה. מחקר על חלזונות וצדפות המתקיים ב MIT שבארה"ב מוכיח לנו שוב כי מנגנונים טבעיים שונים יעילים יותר ולפעמים אף אלגנטיים יותר מפתרונות הנדסיות.

לחלזונות יכולת תנועה לכל כיוון: אופקית, אנכית ואפילו במהופך. חלזונות יכולים לנוע על משטחים שונים כגון: חול, עצים, מרצפות, כבישים ואפילו זכוכית. אחת הסיבות לכך היא החומר הדביק המצוי על בטנם, אשר משמש כחומר סיכה חזק המקטין חיכוך במהלך תנועה.
בחיקוי המבנים הביולוגיים והטמעת עקרונותיהם במערכות רובוטיות, פיתחו החוקרים את רובוט החילזון, או ה RoboSnail, רובוט בעל יכולת טיפוס והידבקות לקירות אנכיים, וכן בעל יכולת זחילה הפוכה על תיקרות, בדומה למקור השראתו - החילזון. יכולות אלה יכולות לשמש באפליקציות רפואיות ואחרות.

אורגניזם נוסף שנחקר באותה מעבדה הוא הצדפה, בעלת יכולת מרשימה לחפירת מחילות. צדפה יכולה לחפור לעצמה מחילה בעומק 70 (!) ס"מ בחול. הרובוט צדפה, ה RoboClam שפותח בהשראת יכולת זו, מאפשר חפירה בעלות אנרגטית נמוכה יותר מהאנרגיה הדרושה בטכנולוגיות הקיימות היום.
החוקרים מצאו שבזמן החפירה, הצדפה נעה מעלה ומטה תוך כדי פתיחתה של הקונכייה וסגירתה, בכמעין רטט, וכך היא מסיטה בעקביות חול הצידה. פעולה זו מאפשרת תנועה מהירה בחול. מנגנון דומה יושם ברובוט הצדפה - רצף של ויברציות מאפשר שינוי מרקם קרקעית הים, ריכוך וחפירה קלה יותר פנימה.
בהשראת הצדפה יכולות מערכות חפירה רובוטיות לשמש כלים אוטומטיים קלים וזולים, המשתלבים עם צוללות רובוטיות, ואפילו כלי עזר לקידוחי נפט ולחפירות תת ימיות אחרות.
מהנדסים בכל העולם חוקרים חרקים, דגים, צבים ומינים שונים, על מנת לקבל מהם השראה לפיתוח רובוטים יעילים יותר, קטנים יותר ויעודיים יותר. חיקוי אורגניזם יכול לסייע בייעול תהליכים ביישומים שונים, תוך הקטנת הנטל האנרגטי.
בחיקוי מערכות ביולוגיות חשוב מאוד לא רק לחקות את המבנה והתצורה, אלא בעיקר להבין את הביולוגיה של המכניזם הנחקר, על מנת לחקות את התכונות המשמעותיות ביותר. הבנה מעמיקה של מנגנוני התנועה הביולוגיים תתרום כלים חדשים ומרגשים למהנדסי המכונות בדרכם לפתח את רובוטי העתיד.