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 אוקטובר 2015

קוראים יקרים שלום,
החודש האחרון היה עמוס בפעילויות וארועים בארץ ובחו"ל וחודש עמוס לא פחות לפנינו. לצערנו הרב, ההרשמה ל"כנס השני לביומימקרי-אקדמיה ותעשייה" (19.11.15) הסתיימה.
כנס נוסף המיועד לחשיפת תחום הביומימיקרי לארגונים יתקיים ב- 11.11.15.
לפרטים והרשמה:  info@biomimicry.org.il

החודש נדווח על הכנס"הנדסה וניאוביומימטיקה" ועל ועדת התקינה הביומימטית שהתקיימו ביפן. בנוסף, נרחיב על רובוט בהשראת הערפד המצוי ועל הקשר בין פילים לתרופה למחלת הסרטן.
בברכת קריאה מהנה,
צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

ביומימיקרי ביפן: ועידת Engineering Neo-Biomimetics VI

מאת: יעל הלפמן כהן

ביפן חלה תכונה רבה בשדה הביומימטי בשנים האחרונות. ישנו גידול במספר הפרסומים, במספר הספרים והדיווחים בתקשורת, וניכר ענין הולך וגובר מצד התעשייה. בין הפיתוחים הביומימטיים המפורסמים מבית היוצר של יפן בדים מחליפי צבעים בהשראת אפקט המורפו וזריקה שאינה כואבת. לצד הפעילות האקדמית ביפן, פועל ארגון מקביל לארגון הביומימיקרי הישראלי, הנקרא Ask Nature Japan .

החודש, בסמיכות לפעילותה של ועידת התקינה הביומימטית ביפן, התקיימה ביפן הועידה החמישית להנדסה וניאו-ביומימטיקה. בכנס הוצגו מחקרים ביומימטיים מהעולם ובעיקר מיפן.
להלן כמה מחקרים בולטים שהוצגו:
ü     טכנולוגיות הצמדה ביומימטיות – הצורך בשיטות חיבור שיאפשרו גם ניתוק לצרכי מחזור הוביל קבוצת מחקר יפנית להתמקד ברגלי חרקים כמו זבובים וחיפושיות. הרגליים מכוסות בשערות בגודל של מיקרונים בודדים, שבזכותן מתאפשרת הצמדה מהירה למשטחים וניתוק מהיר מהם. קבוצת החוקרים גילתה חיפושית עלים, בעלת יכולת מופלאה ללכת על משטח מוצק מתחת למים. מנגנון ההצמדה מתחת למים קשור לבועות אוויר הלכודות בין השערות במשטח הרגל. בהשראת מנגנון זה פיתחה קבוצת המחקר משטח סיליקון בעל יכולת הצמדה מתחת למים. 
"Leaf Beetle (Gastrophysa viridula) - male"*
 ü     טכנולוגיה לשימור תאים בסביבה יבשה בהשראת מנגנון הייבוש של זחל אפריקאי-  בעלי חיים מסוימים מתייבשים לחלוטין בתנאים מסוימים ונותרים ללא סימני חיים, אך למרות זאת מצליחים לחזור לחיים. אחד מהם הוא זחל השוכן באפריקה במאגרי מים זמניים. קבוצת חוקרים חקרה את מנגנון ההתייבשות והתחיה שלו, ומצאה מספר מולקולות האחראיות לכושר הסבילות הקיצוני ליובש, וליכולת ההשתקמות. כעת מנסה הקבוצה לפתח שיטת שימור תאים בהשראת מנגנון זה. בשלב זה יש יכולת לשמר את התאים ל- 200 יום בטמפ' החדר ובסביבה יבשה.  
ü     כלכלה מעגלית: מאשפת קפה למזון משובח - אשפת קפה נאספת ומשמשת לייצור פטריות באיכות גבוהה, אשר נמכרות כמזון למסעדות. בשלב זה נבחנים סוגים נוספים של אשפה אורגנית ונבחנים תהליכי ייצור נוספים. האשפה בתהליך הייצור של הפטריות נבדקת כאמצעי לטיפול באדמות מזוהמות. התוצאות הראשונות מבטיחות. בשלב האחרון מתוכנן מחזור המכלים ששימשו לייצור הפטריות להשלמת התהליך המעגלי.
בכנס הציגה ד"ר יעל הלפמן כהן, מנכ"ל ארגון הביומימיקרי הישראלי, את שיטת התכנון הביומימטית המבנית, שיטת תכנון ביומימטית המבוססת על מבנים חוזרים בטבע, ושיטות הפשטה מתקדמות מתחום ה- TRIZ.

*Sandy Rae  Wikimedia Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Leaf_Beetle_(Gastrophysa_viridula)_-_male.jpg#/media/File:Leaf_Beetle_ (Gastrophysa_viridula)_-_male.jpg

ועדת התקינה הביומימיטית הבינלאומית, קיוטו, יפן

מאת: יעל הלפמן כהן

החודש התכנסה ועדת התקינה הביומימטית בקיוטו שביפן. הועדה אמונה על כתיבת תקן לתחום הביומימטיקה ופועלת משנת 2012. בוועדה חברות 10 מדינות פעילות, ובהן ישראל המיוצגת על ידי יו"ר ארגון הביומימיקרי הישראלי, ד"ר דפנה חיים לנגפורד, ומנכ"ל הארגון, ד"ר יעל הלפמן כהן, ועוד 14 מדינות משקיפות, שלהן אין זכות הצבעה.


לאחר כארבע שנים של עבודה, המבוססת על שיתוף ידע בין מדינות שונות בעולם, סיימו שתי קבוצות עבודה את תפקידן, והתקנים שנכתבו הופקדו ומוצעים כעת למכירה במשרדי מכוני התקנים בעולם.
התקן הראשון שהופקד,,ISO / DIS 18458 "ביומימטיקה - טרמינולוגיה, מושגים ומתודולוגיה", עוסק  בהגדרת מושגי היסוד והטרמינולוגיה של התחום, ומשרטט את הגבולות בינו ובין דיסציפלינות קרובות. הכלי המרכזי המוצע בתקן זה הוא מדד, המאבחן האם מקרה נדון הוא ביומימטי או לא בהתבסס על קיומם של  שלושה מרכיבים: מערכת ביולוגית, הפשטה של הפתרון הביולוגי, והעברה ליישום. בהעדר אחד ממרכיבים אלו, המקרה הנדון לא נחשב ביומימטי. התקן עשיר בתיאורי מקרה הנדונים על פי מדד זה.
התקן השני שהופקד, ,ISO / DIS 18459 "ביומימטיקה – אופטימיזציה מבנית", עוסק באופטימיזציה של מבנים בהקשר ביומימטי.  התקן מציע כלי אופטימיזציה ממוחשבים לתכנון אופטימלי של רכיבי המערכת, על ידי מקסום שלהם, או על ידי מזעורם.  
שתי קבוצות עבודה של ועדת התקינה עדיין פעילות, ונמצאות בשלבי כתיבה ופיתוח של תקנים. אחת הקבוצות עוסקת בפיתוח תשתית להעברת ידע בין תחום הביולוגיה ותחום ההנדסה, על מנת לגשר על הפער בין התחומים. הקבוצה מגדירה תקן לפיתוח אונטולוגיה לתחום הביומימטיקה. {אונטולוגיה היא אוסף המושגים והקשרים ביניהם, כלומר מושגים מתחום הביולוגיה ומתחום ההנדסה והקשרים ביניהם תוך התייחסות לביומימטיקה}. 
בפגישת ועידת התקינה ביפן נדונו הצעות לקבוצות עבודה חדשות: (1)  ביומימיקרי וקיימות (2) כלי להערכת פרויקטים ביומימטיים. טרם התקבלה החלטה על פתיחת קבוצות אלו.
ועדת התקינה הביומימטית היא במה לדיון ולהחלפת ידע בין מומחים בעולם. היא מהווה חלק חשוב בגיבוש תחום הביומימטיקה כדיסציפלינה מדעית בהירה ובעלת תשתיות ידע מוצקות. התקנים מתעדים את בסיס הידע הקיים, והם נועדו לתמוך במהנדסים ובמתכננים העוסקים ביישום של תהליכי תכנון ביומימטיים.
ישיבת הועדה ננעלה ב- 21 באוקטובר.

למידע נוסף

תרופה לסרטן בהשראת הפיל

מאת: דפנה חיים-לנגפורד

פילים מהווים חידה מהלכת ונושא למחקר בנוגע לעמידותם נגד מחלות סרטן שונות. כמו אצל בעלי חיים אחרים, אצל פילים, רק לעיתים נדירות  נמצא גידולים ממאירים. תמותה מסרטן אצל פילים נמוכה מ 5%, בעוד אצל בני אדם, על אף כל הטיפולים והתרופות, תמותה מסרטן מגיעה ל 25-11%. השאלה ששואלים החוקרים היא כיצד פילים, שיש להם פי מאה יותר תאים מאשר לאדם ועל כן סיכוי גדול יותר ללקות בסרטן, פיתחו עמידות כנגד גידולים ממאירים, והאם ניתן לחקות את מנגנוני ההגנה שלהם לטובת פיתוח טיפולים רפואיים לאדם.

בשיתוף פעולה עם גן החיות Hogle והמרכז לשימור פילים Bros Ringling, ביצעו חוקרים מאוניברסיטת יוטה אנליזה של תאי הדם הלבנים, מדם פילים שנלקח כחלק מבדיקות שגרתיות. הם בדקו את האפקט של תאי הדם הלבנים על DNA פגום, המהווה זרז לסרטן. בתגובה, התאים הפגועים השמידו את עצמם. המדענים מצאו שאצל פילים קיימת מערכת, המשופעלת על ידי גן המקודד לחלבון p53, שלדעת החוקרים מסייע בעיכוב התפתחות גידולים ממאירים ביונקים.
אנליזה נוספת מצאה שאצל פילים יש לפחות 40 העתקים של הגן המקודד לחלבון p53, בעוד אצל בני האדם יש רק שניים. רמז נוסף לחשיבותו של החלבון p53 היא העובדה שאצל חצי מבני האדם הלוקים בסרטן נמצא חסר בחלבון p53 פונקציונלי.
 
"Elephant (Loxodonta africana) (6035902212)"
by Bernard DUPONT from FRANCE*
ההסבר האבולוציוני לעמידות של פילים כנגד סרטן בהשוואה לבני אדם, כפי שמתאר אותו פרופ' שיפמן (Prof. Schiffman), נובע ממשך תקופת הפוריות של הפילים, יחסית לאורך חייהם. בעוד נשים פוריות עד גיל 40 בממוצע, פילות פוריות רוב חייהן, כך שמחלות סרטניות עלולות לגרום להכחדת המין, ועל כן התפתח במהלך האבולוציה מנגנון הגנה יעיל כנגד מחלות ממאירות אצל פילים.
גישות חדשות לטיפול בסרטן, המבוססות על החלבון p53 נמצאות עתה במחקר יישומי, תוך מציאת אנלוגיים סינתטיים לחלבון p53 ה"פילי", במטרה לייצר הגנה כנגד התא הסרטני באדם. החוקרים נהנים ממענק של מיליון דולר להמשך מחקרם.

לא רק פילים: מחקרים רבים על בעלי חיים עמידים לסרטן מתבצעים באוניברסיטאות ברחבי העולם. התנין, הלוויתן והחולדה, כולם מהווים מקור השראה לבדיקת מנגנוני הגנה כנגד תאים סרטניים.
גם למחלות אחרות נעשה ניסיון למצוא מזור באמצעות חיקוי מולקולות ומנגנונים מהחי, ושיתוף פעולה בין זואולוגים, ביולוגים ורופאים יכולים להביא לפריצות דרך רפואיות, כפי שכבר הוכח במקרים שונים.


*- Elephant (Loxodonta africana). Licensed under CC BY-SA 2.0 via Wikimedia Commons - https://commons.wikimedia.org wiki/File:Elephant _(Loxodonta_africana)_(6035902212).jpg#/media/File:Elephant_(Loxodonta_africana)_(6035902212).jpg

זהירות ערפדים בדרך

מאת: דפנה חיים-לנגפורד

על מנת לאפשר לרובוטים תאימות רבה יותר לסביבה מורכבת, מפתחים את ה DALER, רובוט בהשראת הערפד המצוי (Desmodus rotundus), שיכול גם ללכת וגם לעוף. לרובוט כנפי תעופה בעלות מבנה מורפולוגי כזה שיכול לשמש לתעופה למרחקים ארוכים, ולהליכה על פני שטח לא חלקים. הכנפיים נבנו בהתבסס על שלד מתקפל, הן עטופות באריג רך, ויכולות לשמש גם ככנף וגם כרגל.

הערפד המצוי ניזון מדמם של בעלי חוליות, וחי בקבוצות בנות עשרות עד מאות פרטים. הוא מסוגל ללכת, לרוץ, לדדות על האדמה (כדי לעקוב אחר טרפו) וגם לעוף. הוא לא ממריא מהקרקע, אלא משגר עצמו באמצעות שרירי החזה החזקים לקפיצה ארוכה. כנף הערפד המצוי מסוגלת לבצע תנועה אווירית וקרקעית במחיר אנרגטי ומבני מינימלי. מבנה הכנפיים מאפשר לשנות את  צורתם על מנת להגדיל את יעילות התנועה הקרקעית.

אחד האתגרים ברובוטים מעופפים הוא מוטת הכנפיים. את הסתירה בין הצורך בכנף ארוכה לצרכי תעופה, לבין כנף קצרה שתאפשר נגישות מרבית לשטחים קטנים, פתרו החוקרים באמצעות חיקוי מבנה כנף הערפד המצוי, המשמשת לשתי הפעולות. במודל הרובוטי, התנועה האווירית והקרקעית ממונעות על ידי מנגנון הנעה אחד, עובדה שמקטינה את מורכבות הרובוט ואת משקלו. בשלב זה, הרובוט עדיין לא מסוגל להמריא בעצמו, אך הוא בהחלט מסוגל להגיע למהירויות גבוהות במהלך תעופה, לתמרונים מרשימים ולהליכה, או התגלגלות על הקרקע.

 
המפתחים עומלים בימים אלו על דגם מתקדם יותר, שיוכל להמריא מהקרקע באופן אוטונומי.
כמו ברוב הפרויקטים בתנועה רובוטית, גם כאן, המטרה לפתח רובוט שמסוגל להגיע לאזורי אסון לפעולות חילוץ והצלה, כשהיתרון בדואליות התנועה הוא היכולת של הרובוט להגיע בתעופה מהירה לאזור הרצוי, ואז לנחות ולפעול בתנאי שטח קשים.