שלד של ציפור מדגים מבנה אופטימאלי לתעופה. הוא חזק, נוקשה
וקל.
מאת: יעל הלפמן כהן
מערכות שלדיות של ציפורים, המצטיינות בחוזקן ובמשקלן הקל,
הן נקודת התחלה טובה לפיתוח חומרים חזקים. כבר במאה ה-17 תיאר גלילאו עצמות של
ציפורים כחלולות וקלות. העצמות בנויות ממבנה ספוגי של תומכות וביניהן חללים. זהו
אחד המבנים החוזרים בטבע, המבטיח חוזק יחסית למשקל.
בראי האבולוציה, עצמות הציפורים קלות יחסית לעצמות האבות
הקדמונים שלהם. הן גם קלות יחסית לעצמות של יונקים. עצם ציפור באותו אורך של עצם
יונק – על פי רוב קלה יותר. הקלות היחסית של מבנה השלד של הציפור מאפשרת מזעור
האנרגיה הנדרשת לתעופה. המסה של בעל החיים, ביחס למשטח המייצר עילוי, היא המפתח
לקביעת המחיר המטבולי של התעופה. ואכן, במהלך האבולוציה של הציפורים, התפתחו
אדפטציות (התאמות) שונות לחיסכון במשקל, הבאות לידי ביטוי במבנה העצם ובצורתו,
רבות מההתאמות האלה גם מחזקות ומקשות את העצם, בנוסף להפחתת משקלה.
במחקר שפורסם בעיתון האקדמי The journal of the royal society , נערכה השוואה בין צפיפות הסידן
בעצמות של ציפורי דרור, מכרסמים ועטלפים, על ידי מדידת מסת העצם ונפחה. נמצא
שבממוצע, צפיפות העצם גבוהה יותר בעצמות הציפורים ומעט אחריהן בעצמות העטלפים.
כאשר צפיפות העצם גדלה, כך גדלה גם נוקשות העצם וחוזקה. גידול בצפיפות העצמות בציפורים ועטלפים משקפת
אדפטציות למקסום חוזק העצם ונוקשותה, תוך מזעור המסה שלה ונפחה.
נתונים אלה מראים שלא רק לצורת העצם יש תפקיד משמעותי
באבולוציה של התעופה, אלא גם לתכונות רקמת העצם. מחקר זה גם מסביר מדוע עצמות ציפורים שנראות דקות ועדינות, תורמות למסת הגוף באותה מידה כמו עצמות של יונקים יבשתיים (בשל צפיפותן הגבוהה).
נוקשות וחוזק החומר הם שני קריטריונים לאופטימיזציה
בתכנון רכיבים לעולם התעופה. זוהי דוגמא אחת ליישום ביומימטי אפשרי. יש לכם עוד
רעיונות?
