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 דצמבר 2017


קוראים יקרים שלום,


החודש נספר לכם על שני רובוטים חדשים, אחד מעופף באויר והשני חופר באדמה. עוד נספר על פיתוח חדשני לטיהור אויר מגורמים מחוללי מחלות.
אנו מזכירים כי

1.     הרשמה לקורס ביומימיקרי בשיתוף לשכת המהנדסים בעיצומה, מספר המקומות מוגבל. קורס בן 48 שעות אקדמיות הכולל גם סיור חוויתי בספארי. לראשונה הקורס מוכר לגמול השתלמות. קישור לסילבוס והרשמה.

2.      כנס ביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה יתקיים השנה במתכונת בינלאומית בשיתוף
ISBE - International Society of Bionic Engineering
הכנס יתקיים ב- 14.06.18 באוניברסיטת תל אביב בשפה האנגלית. שמרו את התאריך.
מצ"ב קישור לקול קורא. ניתנת הארכה להגשת תקצירים עד ה- 01.02.2018. גורמים מהתעשייה המעוניינים להציג בכנס מוזמנים לפנות ל: yael@biomimicry.org.il

 גם החודש שמחים לפנות לחוקרים ומהנדסים המעוניינים לתמוך בתוכניות חינוך בתחום הביומימיקרי ברחבי הארץ. השנה התוכניות מועברות בכל הארץ בשיתוף תעשיידע. קישור לפרטים.

בהזדמנות זו אנו מאחלים לכל הקוראים שלנו שנה אזרחית מלאת השראה ועשייה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי









 

שורש העניין: רובוט לפעולות תת קרקעיות בהשראת שורשי צמחים


מאת: אמיר גילדור

הרובוט "Plantoid", שפותח באיטליה, עשוי לשמש בעתיד במגוון משימות מחקר תת-קרקעיות כגון בחינת קרקעות לחקלאות או איתור מוקשים.

חוקרים מהמרכז הטכנולוגי האיטלקי (IIT) פיתחו אבטיפוס למתקן בעל זרועות חישה רובוטיות שנועדו לחדור לקרקע בכיוונים משתנים על בסיס גירויים שהן קולטות ממנה. החוקרים פנו לטבע בחיפוש מקור השראה שיאפשר לשפר את כלי המחקר התת-קרקעי, הסובל מנחיתות טכנולוגית בהשוואה לכלים העיליים, שלא נדרשים להתמודד עם התווך המוצק. כך קיבל המתקן את שמו: "Plantoid".ההשראה לתכנון ולעיצוב המתקן הגיעה משורשי הצמחים, שהנם המנגנון הטבעי המתוחכם והיעיל ביותר לחישה תת-קרקעית.

המתקן בנוי מ"גזע" ומחמישה "שורשים": הגזע הוא רכיב עילי המקשר בין השורשים לבין המחשב וספק הכוח, בעוד השורשים חודרים לקרקע ומבצעים חישה תת-קרקעית. בדומה להתנהגות השורשים בטבע, גם כאן כל שורש מתקדם במרחב באופן עצמאי, על בסיס הגירויים שהוא קולט ולא ולאו דווקא ביחס לשורשים האחרים.

כל "שורש" מורכב מבסיס השורש (המחובר לגזע), קצה השורש (רכיב החישה החודר לקרקע) ומשלושה קפיצים המחברים בין הרכיבים ומעניקים לשורש חופש תנועה בכל זווית. בסיס השורש כולל שלושה מנועים זעירים שמאפשרים להעמיק את החדירה של קצה השורש לקרקע ולשלוט בכיוון החדירה בהתאם לגירויים מהסביבה. בדומה לשורש הטבעי, קצה השורש הרובוטי נושא חיישני גרביטציה, לחות, טמפרטורה ומגע הניתנים להתאמה לפי צרכי המשימה.

 


בנוסף למנגנון המכני, ההשראה מהצומח באה לידי ביטוי גם בפיתוח התוכנה שמפעילה את המתקן: האלגוריתמים פותחו בהשראת יכולת הצמח לקלוט ולעבד סוגים רבים של קלט בו-זמנית. דמיון נוסף לצמח הוא הצורך להגדיר את ה'דנ"א' של המתקן לפני תחילת פעולתו, קרי, התנאים הסביבתיים האופטימליים שהשורש צריך לשאוף להגיע אליהם. כמו כן, ניתן להגדיר בדנ"א משקל שונה לכל גירוי שנקלט בחיישנים השונים. כך, זווית הכיפוף של השורש בעת תנועתו מוכתבת על ידי אלגוריתם המשקלל את כלל הגירויים הנקלטים בחיישנים השונים, בהתאם להגדרות הדנ"א.

"Plantoid" הינו אבטיפוס ראשון מסוגו לרובוט הפועל בתווך תת-קרקעי בהשראת צמחים. שדרוגו מבחינת יכולת החדירה לקרקע ואיכות החיישנים, יכול להביא לכך שישמש בעתיד למגוון משימות תת-קרקעיות, ביניהן בחינת קרקעות לחקלאות, זיהוי מקורות זיהום קרקע, מציאת מחצבים, חילוץ נעדרים באסונות טבע ואף איתור מוקשים.





 

נושמים לרווחה


מאת: יעל הלפמן כהן

טכנולוגיה לטיהור אוויר מגורמים מחוללי מחלות בהשראת מנגנון ההיצמדות הטבעי של חיידקים ווירוסים לתאים בגופינו.
 
כאשר נוחתים בשדה תעופה באסיה, סימן ההיכר הבולט המסמן את הגיענו לשערי אסיה, הוא אנשים המתהלכים עם מסיכות על הפנים. אוויר בטוח לנשימה, נקי מחיידקים ווירוסים, הוא מצרך יקר ומבוקש באזורים מסוימים בעולם. חברה מהונג קונג פיתחה את טכנולוגיית ה- Biofriend, פתרון ביומימטי מוגן פטנט למיגור חיידקים ווירוסים.  
BioFriend מנטרל פתוגנים (גורמים מחוללי מחלות), חיידקים ווירוסים. הפתרון מבוסס על תפיסה ייעודית וסלקטיבית של החיידקים והווירוסים. ההיבט הביומימטי של הפתרון קשור לחיקוי קולטנים בתאי גופינו אליהם באופן טבעי נקשרים, נצמדים, או פולשים הפתוגנים על מנת לגרום למחלה.  חיקוי מבנה הקולטנים מאפשר את תפיסת הפתוגנים ואז פגיעה בהם באמצעות יצירת הפרעה במשטח או בדפנות התא.
בסרטון הבא ניתן לצפות בהסבר לפעולת ה BioFriend.
 
 
 Biofreind נותן מענה לטווח רחב של מחוללי מחלות לרבות דלקת ריאות, שפעת, והצטננות, ומותאם לשימוש על סוגי מצע שונים ולמגוון יישומים. הוא מאפשר לשמור על חפצים הנמצאים במגע ושימוש יומיומי, ונוטים להזדהם מחיידקים ובקטריות, נקיים ובטוחים לשימוש. יישום אפשרי למשל יכול להיות לידיות של דלתות החשופות למגע אנושי רב.
בטבע אסטרטגיות אלגנטיות להרחקת חיידקים ובקטריות, המבוססות על פתרון מבני ולא חומרי (אנטיביוטיקה).  כך למשל חברת Sharklet technologies מציעה אריחים המונעים היצמדות חיידקים למשטחים בהשראת עור הכריש. Biofriend      מציעה פתרון נוסף ואלגנטי המאפשר לנו לנשום לרווחה במוקמות בהם יש חשש לאיכות האוויר, או להשתמש בבטחה במוצרים הנוטים להזדהם בשימוש יומיומי. 
לאתר החברה: https://www.rkmask.com/



זה מטוס? זו ציפור? זה בעצם שניהם.

מאת: אור עמר

נקבת הבז, מנפנפת בכנפיה כ-30 מטר מעל שדה התעופה (שדה"ת) אדמונטון, קנדה - התנהגות האופיינית לציד. היא רודפת אחרי להקת זרזירים שממהרים לתפוס מחסה בבטחת היער. נקבת הבז היא מלכותית, מלאת חן ותקיפה.
בנוסף לכל אלה, היא גם מלאכותית - סוללה, חיישנים, מערכת
GPS, ברומטר ומערכת בקרת טיסה ממוחשבת שנמצאת בתוך גוף דמוי בז שנצבע ביד אדם ונשלט על ידי אדם מהקרקע.

הרוֹבָּז (תרגום חופשי של robird) היא מכונה המסיירת בשמי שדה”ת אדמונטון. משימתה לחקות התנהגות בז, על מנת למנוע איום רציני בתעופה - התנגשות ציפור או להקה עם מטוס. הרובז לא תופסת טרף, מטרתה היא לגרום לציפורים להיזהר מנוכחות ה"טורף" ולעודד אותן להתרחק משדה”ת.
על מה כל הבאז? ציפורים גדולות או להקת ציפורים קטנות עלולות לגרום לנזק רציני אם הן נכנסות למנוע מטוס  ("נבלעות" במונחי עולם התעופה). במקרה הגרוע ביותר, ציפורים משביתות את שני מנועי המטוס, כמו שהעולם נוכח ב-2009 כאשר להקת אווזים קנדיים השביתה מטוס US Airways, שם האירוע נגמר במזל וכל הנוסעים ניצלו בנס הדסון.
על פי רשות התעופה הפדרלית, מתוך 142,000 מטוסי נוסעים בארה"ב שסבלו מהתנגשויות ציפורים בין 1990 ל-2013, 62 מטוסים נהרסו, 279 נוסעים נפצעו ו-25 נהרגו.
עופו מפה...לשדה"ת יש דרכים רבות להתמודד עם ציפורים. להיפטר מיבולים סביב השדה או גירוש על ידי רעשים, אבל ציפורים הן חכמות ולומדות מהר את ההטעיות של שדה"ת.
בחלק משדה"ת משתמשים בבזים אמיתיים. הבעיה היא שגם הבזים המאולפים ביותר צריכים טיפול, אוכל ומנוחה. בנוסף לא ניתן לשלוט בהם לחלוטין ולכן יכול להיגרם נזק ללהקות הציפורים או אפילו לבז עצמו. חשוב לזכור שבאופן מצער, ציפורים נהרגות בשדה"ת. על פי סוכנות הידיעות האמריקאית
AP, מאז נס הדסון, נהרגו יותר מ-70,000 ציפורים רק בניו-יורק.
נפנוף לשלום? מבחינה טכנולוגית, פיתוח הרובז היוותה אתגר. בזים מנופפים בכנפיהם בזמן ציד ולכן היה צורך לחקות פעולה זו, מאחר ונסיקה פשוטה לא תהיה אמינה. אז איך גורמים למכונה לחקות פעולת נפנוף כנפיים?
 

הרובז תלויה באופן בלעדי בנפנוף כנפיים כדי להניע. למעשה, זו הייתה התכנית המקורית של האחים רייט, שהוחלפה באחת הכוללת כנפיים עומדות ומדחפים. רוברט ג'ונקר (
Robert Jonker), מנהל תפעול בקליר פלייט סולושנס (Clear Flight Solutions), טוען שעבד על הרובז 13 שנים ויותר בכדי לחקות את כיפוף ועילוי כנף הבז הנודד, שנבחר כיוון שהוא נפוץ בעולם ולכן חיות רבות נרתעות ממנו.
3, 2, 1... ממריאים: אדמונטון היה שדה”ת הראשון שבו ניסו את הרובז, לתקופה של 3 חודשים. לאחר שג'ול ווג'נובסקי (Jul Wojnowski), מומחה לחיות בר, נסע בשטח שדה”ת העצום ובחן איפה להקות הציפורים ואילו מינים נוכחים, מפעילי הרובז החליטו היכן להטיס אותה, בעודם משנים את לוח זמני ההטסות. זאת כיוון שחייבים לבצע את ההטסות באקראיות, אחרת הציפורים יתרגלו לשגרה מסוימת. את הרובז מטיסים על ידי השלכה מהיד והיא מסוגלת לשהות 15 דקות באוויר, 10 דקות יותר מבז שמבצע טיסות בטבע.
מממצאים ראשונים ניתן לראות שהרובז אכן גורמת לציפורים לעזוב את אזורי התעופה שלהן. זה לא בהכרח יחליף אמצעים אחרים אבל זהו כלי טוב. וככל שהטכנולוגיה והטכניקות יתפתחו, הרובז תהיה משמעותית ויעילה יותר.
אז כבר באביב הקרוב, כאשר הציפורים יחזרו לשדה”ת אדמונטון, יחכה להם הדורס המכני בשמיים.
 

חדש(נ)ות מהטבע נובמבר 2017

קוראים יקרים שלום,

החודש נדווח על הזוכה במקום הראשון בתחרות Biomimicry global design challenge, חברת Nexloop  שפיתחה מערכת ביומימטית לקצירת, אחסון, והפצת מים כפתרון לצורך הולך וגובר במקורות מים ומזון בערים. עוד נרחיב על שני פיתוחים רפואיים הקשורים לדם. האחד, מכשיר להוצאת גורמים מזהמים מהדם בהשראת הטחול, והשני, התקן לזיהוי תאים סרטניים בדגימת דם, בהשראת זרועות המדוזה.
נסיים בדיווח על דלק ביולוגי בהשראת האצה הכחולה.

 אנו שמחים לבשר על:

1.      פתיחת ההרשמה לקורס ביומימיקרי בשיתוף לשכת המהנדסים. קורס בן 48 שעות אקדמיות הכולל גם סיור חוויתי בספארי. לראשונה הקורס מוכר לגמול השתלמות. קישור לסילבוס והרשמה.

2.      כנס ביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה יתקיים השנה במתכונת בינלאומית בשיתוף
ISBE - International Society of Bionic Engineering
 
הכנס יתקיים ב- 14.06.18 באוניברסיטת תל אביב בשפה האנגלית. שמרו את התאריך.
מצ"ב קישור לקול קורא. יש להגיש תקצירים עד ה- 01.01.2018. גורמים מהתעשייה המעוניינים להציג בכנס מוזמנים לפנות ל: yael@biomimicry.org.il

 גם החודש שמחים לפנות לחוקרים ומהנדסים המעוניינים לתמוך בתוכניות חינוך בתחום הביומימיקרי ברחבי הארץ. השנה התוכניות מועברות בכל הארץ בשיתוף תעשיידע. קישור לפרטים.

 
בברכת קריאה מהנה

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי
 

Aquaweb – מקום 1

מאת: יעל הלפמן כהן

חברת Nextloop פיתחה מערכת ביומימטית לקצירת, אחסון, והפצת מים, וזכתה במקום הראשון בפרס היוקרתי ע"ש ריי אנדרסון.
 
 עד 2050 יחיו 9 מיליארד אנשים על כדור הארץ, 70% מהם יגורו בערים. הפיכת ערים לחסינות יותר לשינויי אקלים הוא צורך משמעותי כיום. הביקוש לפתרונות מזון ומים בערים הולך וגובר בשל גידול אוכלוסין ובשל אתגרי אקלים. מכון הביומימיקרי האמריקאי הכריז על אתגר תכנוני עולמי ( Biomimicry Global Design Challenge) בתחום שינויי האקלים. התחרות מתקיימת בשיתוף קרן ריי אנדרסון ומציעה פרס של 100,000 דולר לזוכה במקום הראשון, פרס המכונה פרס התקווה. הקבוצות המובילות אף זוכות לתכנית האצה (אקסלרטור) לקידום ומסחור הרעיונות. (ריי אנדרסון ז"ל היה מייסד חברת אינטרפייס ומזוהה כמוביל דגל הקיימות בתעשייה. מצ"ב קישור על פועלו).

 באוקטובר 2017 הוכרז כי הזוכים בפרס לשנת 2017 הם צוות חברת Nextloop , צוות בינלאומי שפיתח מערכת ביומימטית לקצירת, אחסון, והפצת מים. הצוות כולל ארכיטקט השוהה בגרמניה, מומחית לביומימיקרי מקרואטיה, ומומחה לחקלאות אורבנית מניו יורק. הפיתוח כלל מחקר בינתחומי בשדות הארכיטקטורה, החקלאות והחומר. הצוות למעשה נפגש לראשונה בהרכב מלא פנים מול פנים במועד קבלת הפרס, ועבד על המערכת במשך כשנתיים בצורה מקוונת. 

הצוות החליט להתמקד בתחום המזון וזיהה את בעיית הנגישות למים בסביבה עירונית כאמצעי לפיתוח חקלאות עירונית מקיימת. הפתרון הביומימטי שפותח היא מערכת Aquaweb שנועדה לסייע ליצרני מזון עירוניים לאסוף, לסנן, לאחסן ולהפיץ מקורות מים זמינים לרבות מי גשמים ולחות מהאוויר, במערכת מודולורית אחת הנותנת מענה למגוון הפונקציות הנ"ל. המערכת מנצלת ערפל ומי גשם זמינים ומשתמשת באסטרטגיות פאסיביות להפצת מים. בשלב הראשון המערכת מיועדת לחוות עירוניות וביתיות , לגינון אנכי, או לגינון במיכלים, ומציעה פתרון חסכוני באנרגיה.

המערכת תוכננה על פי מתודולוגיית הביומימיקרי. למעשה כל היבט פונקציונאלי של המערכת תוכנן בהשראת אורגניזם אחר.

ü      איסוף המים – בהשראת העכביש הטווה רשתות הקוצרות ערפל מהאוויר.

ü      אחסון מים- בהשראת צמחים החיים בבתי גידול יבשים דוגמת סוקולנטיים העמידים לבצורת

ü      הפצת המים – בהשראת פטריית מיקוריזה (הדדיות סימביוטית בין תפטיר הפטרייה ושורשי הצמח)

ü      מודולריות – בהשראת מבנה המשושים הכוורתי כבסיס לתכנון מודלרי יעיל והתאמה לצרכים משתנים. כל מודול במערכת מעוצב כמשושה, ניתן להתאים את מספר המשושים בהתאם לצורך ולשטח הנתון.

                                           תמונה באדיבות חברת Nexloop
 
צוות השופטים בתחרות ציין לשבח את השימוש במשאבים מקומיים לפתרונות בתחום החקלאות, את היעילות האנרגטית של המערכת, ואת העובדה שהיא לא ריכוזית. כמו כן, צוין לשבח תהליך התכנון השיטתי בו בכל שלב בפתרון הייתה התבוננות ולמידה מאורגניזם אחר. "התוצאה פונקציונאלית, אסתטית, וחסינה, ודוגמא יפה לתכנון ביומימטי מתחדש", לדברי השופטים.

לאחר הזכייה, יתקדם הצוות לשלב פיתוח והוכחת הרעיון התכנוני. הצוות יאסוף נתונים כחלק ממחקר מקדים (פיילוט) שמטרתו להעריך את תפקוד המערכת בסוגי אקלים שונים לרבות אזורים צחיחים כגון הוואי, מרוקו ואפריקה. הצוות גם יחקור וילמד כיצד סוגי חומרים ובדים שונים ישפיעו על יעילות איסוף המים. במהלך סימולציה בה רוססו מים על המערכת, המערכת תפסה כ- 50%, או כ- 2000 מיליליטר למ"ר של ערפל. בשלב זה המערכת יכולה לאחסן כ-5 ליטר של מים ליחידה.

ניתן לחשוב על יישומים נוספים למערכת למשל מערכת לגגות בתים להגברת קצירת מי הגשמים, אחסונם ושימוש בהם, מערכת משולבת במעטפות מבנים, חממות, ועוד. המטרה היא לבצע שינויים מינימליים בתכנון ובחומר על מנת לאפשר מגוון יישומים רחב. בהצלחה !
 
 
מחזור חדש של התחרות (Biomimicry global design challange) נפתח להרשמה . קישור.
 
 

מנקים את הדם

מאת: אור עמר

אלח דם הוא מצב מסכן חיים שנגרם בעקבות תגובת יתר של מערכת החיסון של הגוף לזיהום בדם. הוא גורם למוות של כ-6 מיליון אנשים ברחבי העולם מידי שנה ומזוהה כגורם מוות נפוץ בקרב חיילים בשטח. אחד האתגרים בטיפול באלח הדם הוא זיהוי מקור הזיהום על מנת לתת טיפול אנטיביוטי בזמן. "בכ-70% מהמקרים של אנשים שסובלים מאלח דם, אנחנו לא יודעים מה הגורם ומטפלים בצורה עיוורת" אומר דונלנד אינגבר, המנהל המייסד של מכון וייס להנדסה בהשראת ביולוגיה (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering), אך למרות אתגר זה, נקודת האור לפתרון התגלתה באותו מכון ממש.

המטרה הייתה למצוא דרך יעילה להוציא במהרה את כל גורמי המחלה המיקרוביאליים והרעלנים, ללא פגיעה ברכיבים הטבעיים של הדם, וכל זאת מבלי אפילו לדעת לזהות את גורם הזיהום. השראה לפתרון אתגר זה נמצאה בתפקוד הטחול האנושי.

כדי לחקות את המבנה המיקרו-ארכיטקטוני והמסובך של הטחול, צוות שהודרך על ידי ג'ו קנג   (Joo Kang), פוסט-דוקטורנט במעבדה של אינגבר, עיצב מכשיר בעל סדרת חריצים אופקיים שמחברים שתי תעלות מאונכות: תעלת זרם גבוה דרכה דם מזוהם מפעפע ותעלת זרם נמוך מעורבבת עם תמיסת מלח.

החלבונים האלה ננעלים על מולקולות סוכר (אשר נמצאות על דופן התא ברוב המיקרואורגניזמים), קושרים רעלנים (שנפלטים ממיקרובים מתים) ומאפשרים להם להתנקות בטחול. כאשר דם זורם דרך המכשיר דמוי הטחול, גורמי מחלה ורעלנים שקשורים לננו-חרוזים (המצופים בחלבונים), נמשכים לתעלה המלאה בתמיסת מלח ואז לצלוחית איסוף ע"י מגנט בעוד שהדם המטוהר מוחזר למטופל.
 
 

Illustration by Kimberly Battista (www.battistaillustration.com) originally published in Inspired by Nature by Daniel Cossins. The Scientist, August 2015 

  "אנחנו לא מחקים כאן את כל הטחול, לקחנו חלבון טבעי מהדם ומעט מהמבנה והזרימה של הטחול..." אומר אינגבר, "כעת יש לנו מכשיר יחסית פשוט שמנקה הרבה רעלנים שגורמים בסופו של דבר לאלח דם אז אנחנו כלל לא צריכים לזהות את מקור הזיהום לפני הטיפול"

כאשר חוקרים בדקו את המכשיר על עכברים נגועים באי-קולי ומחלות נוספות, המכשיר הוציא מעל 90% מהחיידקים בדם. בנוסף, החוקרים הראו שהמכשיר יכול לטהר דם בקצב של 1.25 ליטרים בשעה, כלומר, הוא יכול להתמודד עם כמות הדם של אדם מבוגר בממוצע של כחמש שעות, ובעת הצורך, מספר מכשירים יכולים להיות מחוברים במקביל.

אינגבר מאמין שהמכשיר יוכל בעתיד לטפל גם במחלות מדבקות כמו אבולה או איידס. הצוות מנסה גרסה מפושטת של המכשיר על חזירים ובקרוב תוקם חברה להמשך פיתוח הטכנולוגיה.


המצוד אחרי תאים סרטניים בהשראת המדוזה


מאת: דפנה חיים-לנגפורד

חוקרים ב MIT פנו למדוזות לקבלת השראה לפיתוח התקן בעל יכולת זיהוי תאים סרטניים בדגימת דם באופן יעיל ומהיר.

תאים סרטניים הנמצאים במחזור הדם הם מקור מידע חשוב ביותר לגבי יעילות הטיפול בחולה. כמות התאים והסוג שלהם יכולים להעיד על התקדמות המחלה, יעילות הטיפול והאם יש צורך לשנות מינונים של תרופות או את הגישה הטיפולית באותו החולה. בנוסף, הימצאותם של תאים סרטניים בזרם הדם יכולה להעיד על חזרה של גידול סרטני או לאפשר אבחון מוקדם של מחלה קיימת. אך ראשית, יש להצליח לבודד תאים אלו משאר התאים המצויים בדם.

מדענים רבים מפתחים התקנים לבידוד תאי סרטן מהדם (Circulation Tumor Cells – CTCs), אך תהליכים אלו איטיים יחסית ובהימצא אותם תאים, קשה להפרידם לצורך המשך אנליזה.

התקן חדש שפותח בשיתוף פעולה בין חוקרים ב MIT ובית החולים Brigham and Women’s Hospital שבארה"ב מתגבר על קשיים אלו בהשראת זרועות המדוזה. בהעדר תנועה מהירה, למדוזה זרועות ארוכות, גמישות ורבות המאפשרות לה לכסות פני שטח משמעותיים במהירות יחסית על מנת לתפוס טרף ולשתק אותו. בהשראת זרועות אלו, צוות החוקרים בנה תעלות זעירות וארוכות אותן הוא ציפה בגדילים ארוכים של DNA. DNA זה ניתן ל"תכנות" והתאמה כך שיהיה רגיש לחלבונים ייחודיים המצויים על מעטפת תא סרטן, במקרה זה סרטן דם. באמצעות אסטרטגיה זו, החוקרים השיגו קצב זרימה גבוה פי 10 מהתקנים קיימים, דבר שהופך את המערכת לרלוונטית לשימוש קליני. בנוסף, בידוד התאים הסרטניים מזרם הדם מאפשר רפואה מותאמת אישית באמצעות בדיקת יעילותן של תרופות שונות על התאים בתנאי מעבדה.



מספר התאים הסרטניים בזרם הדם נע בין תאים ספורים לאלפי תאים, ועל כן בידודם של תאים אלו מורכב. "זרועות ה DNA" מחוברות לתעלה מזערית עם מבנה בצורת אדרה בתחתית, היוצר מערבולת המגדילה את הסיכוי שתאים סרטניים יבואו במגע עם הזרועות ובכך החוקרים העלו משמעותית את יכולת זיהוי התאים על אף זרימת דם מהירה.

בשלב זה, ההתקן מסוגל לתפוס 60-80% מתאי המטרה בקצב של 1 מיליליטר בשעה והגדלה שלו יכולה להכפיל את הקצב פי מאה. בנוסף, מאחר והזרועות בנויות מ DNA, פירוק אנזימטי מאפשר ניתוק של התאים מהמערכת והעברתם להמשך אנליזה.

בדיקות  סינון, כלי דיאגנוסטיקה, מעקב אחר התקדמות טיפול ופיתוח רפואה מותאמת אישית הם רק חלק מהיישומים להתקן יעיל המאפשר זיהוי והוצאת תאים ספציפיים מדגימת דם.
 

 

דלק ביולוגי בהשראת הצדפה הכחולה

מאת: יוסי כהן

מדענים רבים חוקרים את מנגנון הפקת דלק ביולוגי מאצות, בגלל הפוטנציאל הרב הטמון בו לאספקה רציפה של דלק ירוק וידידותי לסביבה. מדעני אוניברסיטת פנסילבניה גילו שיטה יעילה לייצור דלק ביולוגי מאצות בהשראת הרקמה הססגונית הכחולה של צדפות ענק  הנגלית לעין כאשר הן נפתחות. צדפות ענקיות אלו ממשפחת ה-TRIDACNIDAE , המגיעות לאורך של כ-1.2 מטר ולמשקל של מעל 200 ק"ג! , נפוצות בשוניות האלמוגים של אוסטרליה ובאיים באזור הטרופי של מערב האוקיינוס השקט. צדפות ענק אלו ממוקמות במים רדודים על השונית , וכאשר הן נפתחות הן חשופות לקרינת שמש חזקה שעלולה להשמיד אותן. כמו כן באזור זה על השונית אין מספיק מזון להזנת אורגניזם ענק זה. הסיבה לשרידותן של צדפות ענק אלו באזור עוין זה, היא נוכחותן (בתוך רקמת הצדפה) של אצות חד-תאיות מסוג , SYMBIODINIUM שיש להן קשר פוטו-סימביוטי עם הצדפות. האצות מגנות על הצדפות מקרינת שמש חזקה ע"י ספיגת האור בתהליך הפטוסינתזה, והצדפות המארחות (HOST) נהנות מתוצרי הפוטוסינתזה של האצות המשמשים להן כחומרי הזנה.

 
גם צבעה הכחול הבוהק של הגלימה המעטרת את שפתי הצדפה הוא תוצאה של הסימביוזה עם האצה. הגלימה הכחולה מורכבת מתאים המכילים את חומצת האמינו גואנין  (IRIDOCYTES) . תאים אלו בנויים ממחילות מיקרוסקופיות באורך של כ- 2  ס"מ שבהן האצה מתפתחת (כ-300 תאי אצה בכל מחילה) וסופגת את האור הצהוב והירוק. שארית ספקטרום האור שלא נבלע ע"י האצה מוחזר ומעניק לגלימת הצדפה את צבעה הכחול המהודר.

עד היום נכשל הגימלון (SCALE UP) של תהליכי מעבדה להפקת דלק ביולוגי מאצות בעיקר מכיוון שלא חדר מספיק אור לכל התאים הפוטוסינטטיים של האצות.  החוקרים ALISON SWEENEY ו- SHU YANG מאוניברסיטת פנסילבניה פתרו בעיה זו ע"י ייצור חומר המחקה את פעולת תאי ה-IRIDOCYTES. הם סינתזו ננו חלקיקים וערבבו אותם באמולסית (תחליב) שמן במים. תוך כדי ערבוב התערובת הננו חלקיקים יצרו מיקרו חרוזים (MICROBEADS) המחקים במבנה שלהם את ה- IRIDOCYTES. החוקר YANG טוען  שבניגוד לשיטות המסובכות שפותחו עד היום לייצור ננו חלקיקים, שיטת ייצור ה- IRIDOCYTES באמולסיה יעילה זולה ופשוטה ומאפשרת שליטה בגודל הרצוי של הננו חלקיקים.

 שלב המחקר הבא יהיה לגדל אצות בחללי ג'ל ובאמצעותן להפוך אנרגית אור לדלק ביולוגי, באותה היעילות שעושה זאת הצדפה הענקית. אם תפותח טכנולוגיה זו ניתן יהיה לנצלה לא רק לייצור יעיל של דלק ביולוגי, אלא גם לחימום וקרור בניינים באמצעות פנלים סולריים.
 

חדש(נ)ות מהטבע אוקטובר 2017


קוראים יקרים שלום,
בגיליון זה נספר לכם על טביעות.... 
לפעמים אנחנו נתקלים באתגרים שאת ההשראה לפתרון אנו מקבלים ממספר בעלי חיים. לפעמים אנחנו נתקלים בסיפורים על בעלי חיים שבהשראתם פותחו מספר טכנולוגיות שונות. בגיליון זה נספר על שתי חיפושיות שונות לחלוטין, שבהשראתם פותחו שתי טכנולוגיות שונות המסייעות האחת להמנע מסימני טביעות אצבעות על משטחים, והשנייה להדפיס מסך מגע בתלת ממד. בנוסף, נספר על פיתוח ביומימטי להתמודדות עם טביעת הרגל האקולוגית הנוצרת כתוצאה מזרימה של שמנים למקורות מים אם כתוצאה מתאונות או כתוצאה מתעבורה ימית.
על מנת שנצליח להטביע חותם, בפברואר 2018 יפתח קורס ביומימיקרי נוסף, לפרטים והרשמה:
ועוד בנושא הטבעת חותם: מצורף קול קורא לחוקרים ומהנדסים המעוניינים לתמוך בתוכניות חינוך בתחום הביומימיקרי ברחבי הארץ. השנה התוכניות מועברות בכל הארץ בשיתוף תעשיידע. קישור לקול הקורא.

בברכת קריאה מהנה
צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

חיפושית הזהב

מאת: יעל הלפמן כהן
חיפושית הזהב המשנה את צבעה בתגובה למגע מהווה מקור השראה ליישומים בתחום החישה.

חיפושית הזהב, לא רק יפה ונראית כתכשיט, אלא גם מסוגלת לשנות את צבעה המתכתי והבוהק כאשר נוגעים בה. בכל פעם שנוגעים בה, צבעה הופך מזהב לאדום-כתום בהיר. החלפת הצבע מתרחשת גם באופן עצמאי ללא מגע במקרים מסוימים, כנראה בעקבות חשיפה לגורמי לחץ חיצוניים. יתכן ותכונה זו משמשת למטרות הגנה או תקשורת. בסרטון המצורף תוכלו לראות כיצד החיפושית משנה את צבעה מזהב לאדום.
המנגנון המלא להסבר שינוי הצבע עדיין לא ברור, אך נראה כי הוא קשור למבנה השריון (השלד החיצוני) של החיפושית. שריון החיפושית השקוף בנוי ממספר שכבות בעובי משתנה וביניהן חריצים וחרירים בפיזור רנדומלי היוצרים חללים. כאשר החללים בשכבות העליונות מתמלאים או מתרוקנים בנוזלים, השכבות התחתונות האדומות נחשפות או מוסתרות בהתאמה.
להחלפת צבע בתגובה לשינויים בסביבה או מגע יכולים להיות יישומים רבים בעולם הטקסטיל והחישה. 
קבוצת חוקרים מ MIT, מהמעבדה למדעי המחשב ואינטליגנציה מלאכותית, הציעו יישום למסכי מגע בהשראת חיפושית הזהב. מכשירים חכמים רבים כדוגמת טלפונים חכמים או טאבלטים, מופעלים על ידי מסכי מגע ואולי בעתיד גם מערכות גדולות יותר כמו רכבים או רובוטים יופעלו באמצעות חומרים רגישים למגע. דרושה טכנולוגיה גמישה ונגישה מבחינת עלות לייצור חומרים המגיבים למגע. החוקרים ב- MIT מציעים לפתור את הבעיה בעזרת טכנולוגיית הדפסת תלת ממד בהשראת חיפושית הזהב.
החוקרים בחרו לייצר מעברים סנסורו-מוטורים בעזרת הדפסת תלת ממדית המשלבת רכיבים אלקטרונים. הם הדפיסו התקן בצורת T  כאשר בסיסו הוא פלסטיק קשיח והחלק הנוסף מפלסטיק גמיש עם פס כסף לאורכו, המשנה את התנגדותו החשמלית כפונקציה של מתיחה, שיכולה להיווצר בעת מגע. המנגנון המיושם שונה כמובן מהמנגנון הביולוגי ולכן הפיתוח הוא יותר תכנון בהשראת הטבע מאשר חיקוי מנגנון ביולוגי.

למידע נוסף אודות החיפושית:
למידע נוסף אודות מחקר MIT