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 2014

קוראים יקרים שלום,

למי מיכם שהיה רוצה לדעת בדיוק מה הרכב המזון בכל אחת מהמנות שהוא אוכל, בידיעון זה תמצאו את סיפורה של חברת Consumer Physics, Inc מהרצליה המפתחת חיישן להרכב המזון בהשראת לא אחר מאשר דג מעמקים.

בנוסף, נדווח החודש על פיתוח דבק חדשני בהשראת מבנה רגל השממית - לא, לא בהשראת השערות שאתם כבר מכירים, נתאר הצפנה בהשראת מערכת התקשורת לב ריאה ונספר את סיפורה של חברת אנטרספייס שבעקבות השראה מעלי השלכת שינתה את פניה והטמיעה חשיבה ביומימטית בעיצוב, יצור, אנרגיה ואפילו במודל העיסקי.

בברכת קריאה מהנה וחג שבועות שמח,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

זה מה יש ו ... חוש מספר שש

מאת: שמעון בוגן

לחולי סכרת ומחלות מטבוליות שונות, הערכה שגויה של רמת הפחממות למשל, יכולה להפוך יום שיגרתי ליום שמסתיים בחדר מיון. בחברת Consumer Physics, Inc מפתחים חיישן להרכב מזון וחומרים שונים, בהשראת דג הפסים הצבעוני.

דג הפסים הצבעוני המרהיב ביופיו Striped Kribensis (Pelvicachromis taeniatus) חי ומשגשג בנהרות מערב אפריקה, בעיקר בניגריה ובקמרון. הגידול של בני מינו באקווריומים ביתיים קל ונפוץ.
Pelvicachromis taeniatus
סביבתם הטבעית של דגים אלה היא במים רדודים, עכורים ואפלוליים. בתנאים גרועים כאלה שום דג טורף לא מצויד ולא יכול למצוא את מזונו בדרכים הרגילות והמוכרות - לא לפי מראה, לא לפי קול, לא לפי ריח (כמו כרישים), לא בתנועה, לא בהגברת אור כוכבים  (כמו טורפים ליליים), לא בחישת חום (כמו נחשים מסוימים) וגם לא במזל (כמו תרנגולת עיוורת). תכונה ייחודית שהתפתחה אצל דגים מסוימים אלה במהלך האבולוציה מבדלת אותם משאר המתחרים על מקורות המזון, מצד אחד, ומרחיקה אותם מסביבה ומסכנה  של טורפים אחרים, מצד שני.  
המדע של האור הנראה והלא נראה לעיניים אנושיות מלמד, שבזמן שהעכירות הגבוהה במים חוסמת את רוב האור הנראה ע"י שבירה והסטה של הקרינה לכל הכיוונים, הקרניים האדומות והאינפרה-אדומות עוברות בקו ישר ללא עיוותים. לכן הניחו חוקרים באוניברסיטה של בון, גרמניה, שיש לחפש אצל הדג שלנו אברי חישה לחום. אחרי שלא מצאו כאלה גילו להפתעתם שעיניו מצוידות בתאי חישה לקרינת הביניים שבין האדום הנראה לעין לבין האינפרה-אדום המוקרן מגופים חמים, ומוחו ערוך לעבד את האותות המתקבלים ולנתח אותם. לקרינה זו קוראים תחום תת-אדום-קרוב (NIR Near Infra Red,).
בהחזרת אור בתחום ה NIR יש לכל חומר אורגאני מופע ספקטראלי ייחודי משלו, מעין טביעת אצבע. הדפוס הכולל (pattern) של קרינה כזו מאוסף חומרים אורגניים שונים הוא איחוד כל המופעים הפרטיים. כלומר, כל מרכיב כימי תורם לספקטרום הכולל לפי חלקו היחסי בתערובת.
המאכל האהוב ביותר על הדג המיוחד והמופלא הזה הוא חסילונים של מים מתוקים. בתנאי הסביבה הגרועים ביותר הוא "רואה", מזהה ומאתר את הטרף האהוב עליו כמקבץ מוגדר ומועדף של חלבונים, שומנים וסוכרים, על סמך קרני ה NIR המוחזרים ממנו. כמובן שבשיטה זו הדג מסוגל "לראות" את כל סביבת החי והצומח שבקרבתו, ובוחר בספקטרום המוטבע במוחו כטעים ביותר. 
הצוות הישראלי של חברת Consumer Physics, Inc מהרצליה, לוקח את היכולת המולדת הזו ומביא אותה למרחק ולגובה ללא תקדים. היזמים, המפתחים והמהנדסים רואים בחזונם את כל אחד מאיתנו מצויד ב SCiO, מכשיר חישה מיניאטורי בתחום המדובר, כשאת עצבי הראייה של הדג מחליפה תקשורת סלולרית לשם הולכה של אותות, ואת המוח מחליף מחשוב בענן לשם עיבוד המידע וניתוחו.
                                                
המכשיר יאפשר לנו "לראות" את התוכן ואת הרכב המזון והתכשירים שאנו מעוניינים לצרוך לבריאותנו ולהנאתנו. נוכל לקבל תוך שניות את כל המידע הנחוץ לגבי ההרכב – ריכוז פחמימות, תכולת חלבונים, רמת שומנים. נוכל לקבל החלטות לגבי טריות ובשלות, לגבי דמיון למוצרים שאנו מכירים, לגבי התאמה להצהרות היצרן והתאמה לציפיות שלנו.
שנאמר "אל תסתכל בקנקן אלא במה שיש בו" (פרקי אבות) – ניתן אפילו לזהות השוואתית זן, מוצא גיאוגרפי, וגיל של יין.
בניגוד לדג החביב מדובר במערכת לומדת מיידית, אבולוציה שנמדדת בשניות במקום במיליוני שנים, שבסיס המידע שלה ומבחר המוצרים שהיא מכסה ילך ויתרחב עם כל שימוש נוסף. בכל רגע ניתן "ללמד" את המכשיר לחוש ולנתח חומרים נוספים מלבד מזון, כגון: תרופות, קוסמטיקה, צמחים, קרקע, פלסטיק, דלקים ושמנים ועוד.

דבק בהשראת השממית - חידושים



חוקרים רבים מחפשים אחר פתרונות הדבקה למשטחים מסוגים שונים. חוקרים מאוניברסיטת מסצ'וסטס, מתארים את ה GeckoSkin, מכשיר הדבקה המבוסס על רגלי השממית אשר באמצעותו הצליחו להדביק לקיר אביזר השוקל מעל 300 ק"ג. לאביזר ההדבקה יכולת הדבקה חזקה, אך חשוב לא פחות - יכולת ניתוק מהירה וללא השארת סימנים.
לפי החוקרים, שממית במשקל של כ 100גר' יכולה לטפס על קיר בעודה נושאת משקל של כשלושה ק"ג. בהשראת רגלי השממית ועורה, פיתחו החוקרים את ה GeckSkin. ה GeckoSkin הוא דבק המאפשר להיצמד בחוזקה לטווח רחב של משטחים, כולל משטחים חלקים כזכוכית, ולהחזיק מטען כבד. בשונה מחומרים אחרים בהשראת רגלי השממית, הדבק המתואר אינו מחקה את מבנה השערות הננוסקופיות כפי שמתואר בפיתוחים קודמים, אלא פותח לאחר מחקר מעמיק של רגל השממית כולל העצמות, הגידים והעור. אביזר ההצמדה נצמד באמצעות התאמת משטחים מירבית, והמפתח ליצירת הדבקה חזקה, לטענתם, הוא התאמה מירבית של אביזר ההדבקה למשטח תוך מקסום הקשיחות.
ב GeckoSkin החוקרים יצרו את היכולת הזאת על ידי שילוב אלסטומר רך עם אריג אולטרה קשיח, כמו זכוכית או סיבי פחמן. על ידי כוונון הקשיחות היחסית של שני החומרים, הם יכולים להתאים את הדבק לטווח רחב של יישומים.
כדי לאשרר את טענתם, השוו החוקרים שלוש גרסאות של הדבק שלהם לשממית אמיתית על מספר משטחים, ומצאו שהתאוריה שלהם אכן מתאימה למודל החיה ובמקרים מסוימים אפילו עולה עליה.
היכולת של השממית להצמד למשטחים שונים קריטית לשרידות שלה בטבע, ואיכות השחרור וההדבקה מחדש חשובה לא פחות. ה GeckoSkin מאפשר יכולת הדבקה דומה מאוד ליכולת השממית על סוגי משטחים נפוצים, ולמעשה פותח פתח לשימוש בטכנולוגיה הזאת ליישומים שונים בבית, במשרד ובחוץ.

מפתח הלב (והריאות)



מאת: אופיר מרום

שיטת חדשה להצפנת מידע בהשראת תקשורת בין אברים בגוף האדם.
האם אתם יכולים לדמיין עולם בו מידע מחשבון הבנק שלכם יהיה גלוי לכל אחד? זוהי רק דוגמא אחת לעובדה שהיכולת להעביר מידע באופן סודי חיונית לקיום החיים המודרניים כפי שאנו מכירים אותם כיום. העברות בנקאיות, מידע צבאי, תקשורת סלולרית וכמעט כל סוג תקשורת בין שני מכשירים עוברת הצפנה, אולם ככל שהמידע סודי יותר כך גם גדלה המוטיבציה לחשוף אותו ע"י גורמים עוינים. המרוץ להערים על הפורצים יוצר צורך תמידי בשיטות הצפנה טובות יותר.
שיטה חדשה ומהפכנית של הצפנת מידע פותחה על ידי מדענים באוניברסיטה לנקסטר (Lancaster) שבאנגליה. ההצפנה מתבצעת באמצעות מודל מתמטי, שנבנה מתוך ידע שהצטבר בשנים האחרונות על יחסי הגומלין המורכבים בין הלב והריאות. המודל מתבסס על ההנחה שהתקשורת בין שני האברים מתרחשת בשני אופנים במקביל. הראשון הוא דרך כלי הדם ודרך זרימת הדם במערכת של צינורות סגורים שמחברים את הלב והריאות. האופן השני מתרחש באמצעות רשת עצבית, המאפשרת העברת מידע בין כל המערכות מעורבות, כלומר לב, ריאות וכלי דם. המודל התקבל ממדידה של פרמטרים פיזיולוגים ועיבודו ע"י שיטות מתמטיות מורכבות. מתוך המודל המתמטי נחשף האופן בו הלב והריאות מתאמים את המקצבים שלהם ע"י העברת מידע הדדי ביניהם.
ואיך זה קשור להצפנת מידע? מסתבר שכאשר מעבירים מידע דיגיטלי באותה שיטה בה הלב והראות מתקשרים ביניהם מתקבלת שיטת הצפנה שונה באופן מהותי משיטות ההצפנה שנמצאות בשימוש כיום. הצפנת מידע דיגיטלית לא שונה במהותה מהעברת מידע כשהוא נעול בתוך קופסא. קודם כל צריך להכניס את המידע לקופסא ולנעול אותה במפתח. אח"כ צריך להעביר את הקופסא ליעד שלה, ורק שם לפתוח אותה במפתח זהה, ולחשוף את המידע מחדש. המפתח של הקופסא הוא למעשה הצופן, המודל המתמטי מיועד להפוך את המידע לחסר ערך עבור מי שאין ברשותו את המפתח המדויק המתאים לפיענוח. היתרון בשיטה החדשה הוא שניתן להשתמש במספר בלתי מוגבל של מפתחות הצפנה. השיטה גם מאפשרת קליטה/שידור של אותות דיגיטליים רבים בו זמנית, והיא גם מאוד עמידה כנגד הפרעה של רעשים אלקטרונים שקיימים בכל מערכות תקשורת. לפיכך, כפי שמסבירים החוקרים, השיטה החדשה כמעט בלתי ניתנת לפריצה והיא עמידה ביותר לשיטות קונבנציונליות של התקפה דיגיטלית.
תוצאות המחקר התפרסמו לאחרונה בירחון " Physical Review X" ואף נרשם פטנט על השיטה. "כפי שקורה לעתים קרובות עם פריצות דרך חשובות, גילוי זה נעשה ממש על הגבול בין שני נושאים שונים - בגלל שאנחנו מיישמים מתודות מעולם הפיסיקה על הביולוגיה" אמר פרופ' סטפנובסקה (Stefanovska), אחד ממצוות החוקרים, שבחר להדגיש את ההיבט הרב תחומי במחקר, האופייני כל כך לפיתוחים ביומימטיים. 

ביומימיקרי ברמת המערכת – חברת אינטרפייס

מאת: מאיה גבעון


רוב הדוגמאות לפיתוחים ביומימטיים מתרחשים ברמת המבנה הבודד, ומובילים למוצר או לפתרון מוחשי ספציפי. אולם פיתוח ביומימטי יכול להתבצע ברמת התהליך וברמת מערכת שלמה – וברמות אלה יש פוטנציאל לקפיצת דרך תפיסתית וטכנולוגית גדולה ביותר.
כל המערכות הטבעיות הן מערכות מורכבות (שמרכיביהן הם תת מערכות בפני עצמם), הנמצאות בשיווי משקל דינאמי לאורך זמן בארגון עצמי (ללא "מפקח"). בכולן מתרחשים כל הזמן תהליכי זרימה של חומר, של אנרגיה ושל מידע. ברמת מערכת אקולוגית לא קיימת "פסולת" – משום שמוצר לוואי של אורגניזם אחד יהווה מזון לאחר. האנרגיה מנוצלת באופן אופטימלי, וקיום מין אחד יוצר, לרוב, תנאים המעודדים את קיומם של אורגניזמים נוספים אחרים.
בעולם קיימות דוגמאות מעטות בלבד לפיתוחים ביומימטיים בקנה מידה של מערכות שלמות, אם כי גם מגמה זו נמצאת בעליה. חברת "אינטרפייס" היא דוגמא יוצאת דופן לחברה עסקית פורצת דרך, המטמיעה את עקרונות הקיימות המחמירים לפי תפיסת הארגון The Natural Step בכל תחומי התנהלותה, ומבין הראשונות שהחלה לעשות זאת – כבר מאמצע שנות ה-90. מייסד החברה והמנהל המיתולוגי שלה במשך שנים, ריי אנדרסון המנוח, נחשב כיום למנהיג פורץ דרך ולאיש חזון בתחום הקיימות.
בהובלתו של אנדרסון ובהשראת תפיסת הביומימיקרי, הפך הארגון את עורו ושינה אף את המודל העסקי שלו – ממכירת שטיחים להשכרת שירות חיפויי רצפה. כשחומרי הגלם נשארים בשליטת החברה ולא עוברים ללקוח, ניתן ביתר קלות לשלוט על כלל מחזור החיים של המוצר – מחומרי הגלם, דרך הייצור, השיווק וההפצה – ועד השימוש וסוף מחזור החיים. וזה בדיוק מה שעשתה החברה. השטיחים נמכרים באריחים, בהשראת עלי השלכת – כך שניתן לבודד רק את החלקים במשטח שזקוקים להחלפה או לתיקון ולא את המשטח כולו. 
החברה אוספת את האריחים הפגומים, וממחזרת אותם ביעילות של כמעט 100% על ידי מכונות ייחודיות שפותחו, במיוחד לצורך זה, על ידי החברה. גם מוצרי החברה הותאמו במיוחד לשם כך: פותחו שטיחים (באריחים) מסיבים, שהם מ-100% חומר ממוחזר, הניתן להפרדה ולמיחזור מספר רב של פעמים. כמו כן, פטנט רשום שפותח עם צוות המכון האמריקאי לביומימיקרי (בסיוע ג'נין בניוס עצמה), מאפשר הדבקה של השטיחים לרצפה – ללא דבק (כן כן, בהשראת רגלי הלטאה!).
בכך שילבה אינטרפייס ביומימיקרי הן ברמת המבנה והן ברמת המערכת – בשאיפתה "לסגור את המעגל" של מוצריה, למזער את צריכת חומרי הגלם ואת השפעתה השלילית על הסביבה. החברה שואפת לא רק "לצמצם את הנזק" – אלא גם לעשות טוב, והיא מובילה חזון שאפתני, אותו היא מעדכנת בעקביות.
מקרה מבחן שפורסם לאחרונה מתאר את מסעה של החברה לחדשנות דרך ביומימיקרי וקיימות. 
תאור מקרה חברת אינטרפייס