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 ספטמבר 2014


קוראים יקרים שלום,

אנו שמחים להזמינכם לכנס "ביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה", שיתקיים ב- 22.10.14 בחברת Microsoft בהרצליה. הכנס נוסד ביוזמת ארגון הביומימיקרי הישראלי ולשכת המהנדסים ובשיתוף המעבדה לביומימיקרי בבית הספר ללימודי הסביבה ע"ש פורטר, אוניברסיטת תל אביב, במטרה לקדם סקרנות, שיח ושיתופי פעולה מחקריים ויישומיים בין ביולוגים למהנדסים. ההשתתפות בכנס אינה כרוכה בתשלום, אך דורשת רישום מוקדם. להלן קישור לתוכנית הכנס ולהרשמה.

החודש נרחיב על מערכות הגנה נגד טילי כתף המיישמות עיקרון הישרדותי של יצורים ימיים מחוללי אור, על מערכת סינון חדשנית בהשראת לוויתן המזיפות ועל תגלית באלמוגים עם היתכנות ליישום רפואי. את הידיעון נסיים במבט עסקי על תחום הביומימיקרי: מחקר מצביע על הקשר בין חיקוי הטבע להצלחה כלכלית.  

בברכת שנה טובה וקריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

 

שדוני אור נאבקים בטרור

  מאת: שמעון בוגן

 יצורים ימיים מחוללי אור מדגימים מנגנון הישרדותי המיושם במערכות הגנה מפני פגיעת טילי כתף.

 הנחיצות הקריטית בקיום מערכות הגנה אקטיביות מפני פגיעת טילי כתף במטוסים אזרחיים הומחשה בעבר במספר אסונות תעופה. רק לאחרונה הופל מטוס מלזיה איירליינס באזור דונצק באוקראינה, כנראה על ידי טיל קרקע-אוויר. 298 הנוסעים ואנשי הצוות נהרגו.

בטילים מותקנת מערכת הנחייה של קרינת אור אינפרה-אדום והם מתבייתים על חום המנוע של כלי הטיס. האפקטיביות הקטלנית של טילים אלו קבלה מענה הגנתי בצורת פיזור זיקוקים ונורי אש (Flares) מכלי טיס קרביים, שנתנו מיסוך לגזי הפליטה הלוהטים מהמנוע, הטעו את מערכת הנחייה והסיטו את הטילים למרחק בטוח מהמטוסים ומהמסוקים. שדרוג של מערכות הנחייה של טילי הכתף לחישה רב-ספקטראלית נענה בפיזור מוץ (Chaff) של שבבי מגנזיום בוערים. בסרטון המצורף בקישור ניתן לראות שיגור נורים נגד טילי נ"מ במטוס הרקולס.

 לדגי ה"קרדינאל כחול פסים" (Blue Streak Cardinal) מנגנון הישרדות זהה כבר מיליוני שנים. אלה דגים זוללי פלאנקטון במים אפלוליים, שהתפריט שלהם כולל גם צדפוניות (Ostracods) זוהרות. הזוהר הכחול של הצדפוניות הוא תכונה של נהורנות ביולוגית, שמאפיינת גחליליות, למשל. הוא נוצר כתוצאה מתגובת חמצון בין הפיגמנט דמוי החלבון לוציפרין (Luciferin) לבין החמצן שבמי הים, בנוכחות האנזים לוציפראז (Luciferase). הצדפוניות פולטות את הזיקוקים הכחולים במצב של עוררות מינית או במצב של עקה/מצוקה. סרטון שצולם לאחרונה ע"י צוות שלNature   BBC מציג את היכולות המופלאות של הסרטנאים הזעירים ואת הניצול המפתיע שמפגינים הדגים – בליעה של היצורים מחוללי האור ויריקתם המהירה ככדורי "אש" - לשם הרתעה והתגוננות מאויבים טורפים ימיים .

 

                                              דג ה"קרדינאל כחול פסים"

 ההתמודדות והמאבק עם טורפים ועם גורמי טרור מסלימים ומתעצמים כל הזמן, ודורשים שדרוג והגברה של אמצעי הנגד.

נמצאו יצורים ימיים מחוללי אור, שמסוגלים לפלוט קוקטייל ביולומיניסנטי וליצור הבזקים חזקים מספיק כדי לסנוור, לעוור ולהמם רגעית את אויביהם הטורפים, ולזכות בהזדמנות לחמוק ולשרוד. ראו למשל את הצילום ואת סרטון האנימציה של החסילונים ממשפחת ה Acanthephyra purpurea, וסרטון נוסף הממחיש את התופעה.

 גישה ביומימטית זו לא נעלמה מעיניהם המוכשרות והמיומנות של המדענים והמהנדסים בחברת אלביט מערכות אלאופ,  בבואם לפתח ולייצר את מערכת ההגנה האקטיבית  C-MUSIC  SkyShield  נגד הסכנה של טילי כתף. מדובר במערכת אוטונומית לחלוטין, שסורקת את המרחב האווירי מסביב למטוס, מזהה טיל במעופו, נועלת עליו קרן לייזר אינפרה אדום  עוצמתית, משבשת את מערכת הראיה/נחייה של הטיל וגורמת לו לסטות ממסלולו הרחק ממטוס המטרה. המערכת מורכבת מתחת לגחון של כלי הטיס האזרחי, ומחיר המחירון שלה הוא פחות ממיליון דולר למטוס.

מערכת זו זכתה לכותרות מחמיאות בתקשורת הבינלאומית במהלך מבצע "צוק איתן", כשמטוסים ישראליים אזרחיים, שהיו מצוידים במערכת זו, יכלו להמשיך בטיסות במהלך המבצע, לעומת חברות תעופה אמריקאיות, שלא ציידו את כלי הטיס במערכת הגנה כנגד טילים, אפילו לא מתוצרת ארה"ב – ונמנעו מלטוס לכאן...


 

סינון מזיפות

מאת: יעל הלפמן כהן

מסנן חדשני ויעיל, בעל מנגנון ניקוי עצמי, מחקה את פעולת הסינון המתרחשת בחלל הפה של לווייתני המזיפות.

 לווייתנים כבר היוו מקור לחדשנות ביומימטית. בעבר דיווחנו על טורבינות רוח יעילות המחקות את מבנה סנפיר הלווייתן הגבנוני. הפעם נדווח על חדשנות בתחום טכנולוגיות הסינון.

מסנני המזון הם בעלי חיים המעבירים זרם מים דרך גופם ומפיקים ממנו את המזון הדרוש להם. הגדול שבמסנני המזון הוא הלוויתן הכחול הניזון באמצעות שחייה בפה פתוח ותפיסת מזון המצוי במים, דוגמת פלנקטון, סרטנים ודגים. לוויתנים מסנני מזון נדרשים להפריד בין המים למזון, כך שהמים יוחזרו לים ואילו בפיהם יוותר רק המזון. לשם כך, מצוידים לוויתנים אלו במערכת מסרקות סינון, המכונים מזיפות, והלוויתנים עצמם מכונים לוויתני המזיפות. המזיפות הן לוחות קרניים הניצבים לגוף בשני טורים, וצומחים מתוך קיפולי החך במקום שיניים. בכל טור כמאתיים מזיפות המפוצלות בקצותיהן. הלווייתנים בולעים כמות גדולה של מים עם מזון. בהמשך הם סוגרים את החך ודוחפים את המים בעזרת הלשון לעבר המזיפות. המים עוברים דרך "מסרקות הסינון" אך המזון נותר בחלל הפה. פעולה זו מאפשרת גם ניקוי המזיפות ממוצקים שנתקעו בהם בזמן הכנסת המים לחלל הפה, כך שיוכלו להמשיך בתהליך הסינון ללא הפרעות. בסרטון המצורף בקישור ניתן לראות המחשה של תהליך סינון זה.

 
                                                              מזיפות

בהשראת תהליך סינון זה, פותח מסנן חדש, מוגן פטנט, המכונה מסנן המזיפות ((Baleen Filter . המסנן פותח באוניברסיטת דרום אוסטרליה ומשווק כיום על ידי חברת Baleen Filters לטיפול במי תעשייה ובמי קולחין. המסנן פועל באופן דומה לתהליך הסינון במזיפות הלוייתן.  מים זורמים דרך המסנן אך המוצקים (רכיבים אורגניים, חול, חצץ, שמנים)  נתקעים במסרקות.  לפני שהללו הספיקו לסתום את המסנן מתרחשות שתי פעולות:

  1. בעזרת התזה בלחץ מוסרים המוצקים מהמסנן.
  2. בעזרת התזה בלחץ נוסף, מוסעים המוצקים אל מחוץ לאזור הסינון.

הסרטון המצורף בקישור מדגים את אופן פעולת המסנן.

למערכת הסינון היעילה, מנגנון ניקוי עצמי, המאפשר הפרדה עד גודל 25 מיקרון ללא שימוש בכימיקלים. זאת תוצאה ממחקר וחיקוי של תהליך הסינון הטבעי המתרחש בחלל הפה של לווייתני המזיפות. 

מערכת סינון המזיפות תשולב בתשתיות פרויקט הגז הטבעי  הגדול ביותר באוסטרליה באי Barrow, במסגרתו יבנו ארבעה מפעלים להתפלת מי ים, שבהם ישולבו המסננים המאפשרים השבה של מים ללא כימיקלים, תוך שימוש באנרגיה פחותה יחסית לפתרונות קיימים, ולמען שמירה על האקוסיסטמה הימית באזור.

עולם האלמוגים מסעיר יותר ממה שחשבנו

מאת: אופיר מרום

חדש!! מחקר מראה לראשונה כי אלמוגים פועלים באופן אקטיבי כדי להשיג יותר מזון ויותר חמצן.
למראית עין, אלמוגים נראים כעצמים דוממים, התלויים לחלוטין בזרמי הים שסביבם כדי לקבל מזון וחמצן. אך האם באמת כך הדבר? צוות חוקרים מאוניברסיטת MIT שבארה"ב וממכון וויצמן הישראלי ביצע ניסוי, בו נבדקה תנועת המים במרחק של עשרות מיקרומטרים מפני שטח האלמוג. בניסוי, פוזרו חלקיקי פלסטיק זעירים במים, סמוך לפני השטח של האלמוג. לאחר מכן, צולמה תנועת החלקיקים באמצעות מצלמה וידאו מהירה (עד 1,000 תמונות לשנייה), המחוברת למיקרוסקופ. בניתוח התוצאות נחשפו כיוונים שונים של זרימת המים, והתוצאות הפתיעו את החוקרים. נמצא שהמים נעים על פני השטח של האלמוג במערבולות. המערבולות אינן נוצרות באופן מקרי, אלא ע"י האלמוג עצמו. הוא עושה זאת בעזרת מיליוני שערות, שאורכן מיקרונים בודדים, המכסות את פני השטח שלו. ע"י תנועה אחידה ומחזורית של השערות האלה מצליח האלמוג להזיז באופן אקטיבי את המים הקרובים אליו. הימצאות השערות האלה, הנקראות סיליה ((cilia, ידועה שנים רבות אך עד כה חשבו שהן יוצרות זרימה אחידה ומקבילה לפני השטח, שאולי מסלקת משקעים אך לא עוזרת להביא מזון מתוך עומק הים אל האלמוג. המחקר הראה שלא כך הדבר. ע"י ערבול המים מצליח האלמוג לקבל יותר חומרי הזנה וחמצן וכן לסלק מעליו פסולת, באופן מהיר יותר. במחקר נבחנו שישה סוגים שונים של אלמוגים, ונמצא שכולם פועלים באותו האופן. אור שפירו, החוקר הישראלי שהביל את המחקר אומר שאומנם אי אפשר להסיק מכך שכל סוגי האלמוגים פועלים באופן דומה, אך נראה כי מי שיש לו שערות סיליה יוצר בד"כ זרמים כאלה. השמירה של שערות הסיליה במשך 400 מיליון שנים של אבולוציה מצביעה על כך שליצירת המיקרו מערבולות האלה יש יתרון אבולוציוני משמעותי.
 
 

                                      תמונה מאת Davidhv22, תחת רישיון cc 3.0

תוצאות המחקר מספקות נקודת מבט חדשה על תהליך היווצרותן של שוניות אלמוגים גם במקומות  שאין בהם תנועה רבה של מים. כמו כן, הן מספקות מידע על האינטראקציה שבין מיקרואורגניזמים ימיים ומושבות אלמוגים, נושא שמושך תשומת לב רבה עקב ההתדרדרות במצבן של שוניות האלמוגים בכל העולם בעשורים האחרונים. לתגלית יש פוטנציאל לתרום גם בתחום הרפואי, שכן אותו מנגנון של שערות הסיליה פועל גם בתוך גוף האדם. האלמוג יכול לשמש מודל כללי לחקר אותן שערות, הנמצאות לרוב במקומות שקשה לבצע בהם תצפיות בזמן אמת.
 
  

חיקוי הטבע ממבט עסקי

מאת: דפנה חיים לנגפורד

 
בעשורים האחרונים עבר עולם העסקים שינוי שקט אך משמעותי. חברות הפועלות תוך חיקוי מערכות  טבעיות הצליחו להגדיל את נתח השוק שלהן יותר מחברות מסורתיות, המבוססות על מערכות מכניסטיות. חוקרים טוענים כי שתי אסכולות ניהול אלה משפיעות על אפקטיביות החברה בזכות התייחסות שונה לנכסים כמו אנשים וסביבה.

לחברות הפועלות תוך חיקוי מערכות טבעיות מודעות רבה יותר לעצם היותן חלק בלתי נפרד מהקהילה, למחויבותן לשירות הקהילה ולתלות שלהן במשאבי הסביבה למחיתן ולשרידותן. חברות אלה מעריכות יותר את משאבי הטבע (כוח אדם וסביבה) מאשר את המשאבים שאינם טבעיים (כמו הון למשל), מתוך הכרה כי משאבי טבע הם המקור לקיום החברה.

הכרה משמעותית זו יוצרת דרישה כמעט ספונטנית בתוך החברה להרמוניזציה עם הטבע, ובאופן ספציפי עם מערכות טבע גדולות יותר בהן אנו תלויים (ביוספרה, חברה, שווקים). הרצון הזה לחבור לחיים מרתק בני אדם. עובדה זו מסבירה  מדוע חברות אלו מצליחות למשוך עובדים נאמנים ומחויבים יותר וכן שותפים אסטרטגיים, לקוחות נאמנים ומשקיעים סבלניים.

בניגוד לכך, חברות שמתנהלות כמכונות לייצור מזומנים מייצרות ערך גבוה יותר ממשאבים שאינם טבעיים מאשר ממשאבים טבעיים. תהליך זה משפיע עליהן לקבל את כוח האדם כטריויאלי, לנהוג באדם ובטבע כמשאב עובר לסוחר, כברי החלפה או כגורם מייצר בלבד. בסביבת עבודה כזו, אנשים מרגישים מאוימים, קצב תחלופת העובדים גבוה, והמורל בחברה ירוד. כפי שהגישה ה"טבעית" יוצרת אפקט שרשרת חיובי, כך הגישה ה"מכנית" יוצרת אפקט שרשרת שלילי.

בתחילה, לא ניתן היה להבחין בין חברות משני הסוגים, אך הניגוד בין שני המודלים  גדל בעשורים האחרונים. הצטברות פסולת רעילה, פגיעה באקוסיסטמות ובעיות רפואיות שינו את האופן שבו אנו חיים. בהינתן הבחירה איפה לעבוד וממי לקנות, רובנו נבחר במקומות שמעריכים בהם את הטבע מאלו שמתייחסים אליו כמובן מאליו.

במחקר שערך Joseph H. (Jay) Bragdon וסוכם בספרו Profit for life, הוא יצר את אינדקס ה LAMP (Living asset Management performance), שבחן 60 חברות לאורך שנים. כל חברה באינדקס נבחרה כחלוצה בתעשיה בה היא פועלת, וכחברה המנוהלת סביב משאבי הטבע – כלומר חברה המתבססת על אנשים ועל טבע כערך עליון וכמקור לשאר נכסיה.

חברת היעוץ Northfield information services ובהמשך חברת Bloomberg, ביצעו אנליזת עומק לשישים החברות מאינדקס ה LAMP וניתחו את ביצועי החברות בהשוואה לביצועי המדדים הפיננסים המובילים. התוצאות המובאות בטבלה להלן מדברות בעד עצמן. אפשר לראות שב - 19 השנים שנבחנו, חברות במדד ה LAMP השיגו תוצאות כלכליות טובות יותר, באופן משמעותי, בהשוואה למדדים המובילים.
 
 

איך הבדילו בין חברה במודל חיקוי מערכות טבעיות לבין חברה במודל המכני? השונות ניכרת במבנה הארגוני, בהגדרת המטרות, הערכים, הלך הרוח והאמונות ובעיקר בתרבות הארגונית התורמת רבות לאפקטיביות של החברה.

קשה להסביר את מהות המינוף התפעולי בחברות המחקות את המערכות הטבעיות למנהיגים עיסקיים ואנליסטים. להבנת הכוח בחיקוי מערכות טבעניות יש לחשוב במונחים הוליסטים מאחר והנכסים החיוניים של המערכות הטבעיות הם הנכסים של הכלל. העברת אינפורמציה ושירותים בתוך הארגון מועילה באופן סינרגטי לכלל הגורמים בארגון כך שהשלם גדול מסך חלקיו. כך פועלות מערכות בטבע. באופן מעגלי, עם פידבקים מרובים ולאנשים שחושבים בצורה לינארית קשה לראות את היתרונות שבשיטת ניהול כזו.

חמש הנקודות הבאות מהוות חלק מהפרמטרים המבדילים בין חברה מחקה מערכות חיים לבין חברה הפועלת במודל המכני:

1.      קישוריות גבוהה לקבלת פידבק ומידע בתוך ומחוץ לחברה. רבים מהקשרים הם בלתי פורמלים, מתארגנים בין העובדים לבין עצמם ובין העובדים לספקים וללקוחות.

2.      ניהול תוך הבנה שהאנשים והיחסים ביניהם מרכזיים לבניית רשתות יוצרות ערך. חיזוק והעצמת עובדים בין היתר על ידי מתן אחריות לקבלת החלטות.

3.      פעילות לאופטימיזציה של השימוש במשאבים הפיזיים על ידי סגירת המעגל כך שהפסולת של תהליך אחד תהווה חומר גלם לתהליך אחר. על ידי כך נוצר יותר ערך ללקוחות עם שימוש מופחת באנרגיה וחומר.

4.      פתיחות יוצאת דופן לשיתוף מידע עם עובדים ועם גורמים מהם חשוב לקבל פידבק מתוך ידיעה שפתיחות במידע בונה אמון, יכולת למידה ויכולת הסתגלות.

5.      הזנת האקוסיסטמה בה הם שותפים (סביבה, חברה, שווקים) מתוך הבנת הקשרים האינהרנטיים בין כלל החיים.

עם תוצאות קשה להתווכח, ככל שנחקה מערכות טבעיות, גם ההצלחות הכלכליות יגיעו ביתר קלות.