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 ינואר 2017

קוראים יקרים שלום,

הכנס השלישי ל"ביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה" יתקיים השנה במתכונת מורחבת ב- 08.06.17 באוניברסיטת תל אביב. מצורף קול קורא להרצאות בכנס. הצעות להרצאות יש לשלוח עד . 28.02.17

החודש נציג חברת הסטרט-אפ הטוניסאית שפיתחה טכנולוגיית טורבינות רוח בהשראת נפנוף כנפי הצופית,  נרחיב על יצור סיבי משי בהשראת העכביש, נלמד שיעור במנהיגות מדגים, ונדווח על יצירת לייזר חדש על בסיס חלבוני המדוזה.

 בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי
 

טורבינת רוח בהשראת ציפורים

מאת: דפנה חיים-לנגפורד

חברת הסטרט-אפ הטוניסאית Tyer Wind, פיתחה טכנולוגיית טורבינות רוח מהפכנית בהשראת נפנוף כנפי הצופית.
כל שינוי, אפילו קטן, ביעילות טכנולוגיית טורבינות הרוח, מהווה שינוי בעל משמעות אנרגטית באזורים אשר מתבססים על אנרגיה זו כמקור אנרגיה.
בטורבינת הרוח החדשנית נעשה שימוש בעקרונות ביומימטיים לחיקוי מכני של נפנוף כנפי הציפור. העיצוב שונה מאוד מטורבינות הרוח הסטנדרטיות, מאחר ובמקום להמיר אנרגיה לינארית (האנרגיה מתנועת הרוח) לאנרגיה מעגלית, הטורבינה החדשה ממירה את האנרגיה הלינארית לתנועה בתצורת המספר שמונה - בדומה לתנועת כנף הציפור במצב של ריחוף במקום. באופן זה, יצור האנרגיה נובע גם מהתנועה לכיוון מעלה וגם מהתנועה לכיוון מטה.

כפי שכבר סיפרנו בעבר, תעופת הצופית נחשבת יעילה אנרגטית והיא בעלת פוטנציאל רב ליישומים בתחום זה, ועל כן מרכזת עניין רב בקרב חוקרי תעופה. בחברת Tyer Wind, לראשונה, מנסים לחקות את תנועת כנפי הציפור לא לתעופה יעילה אנרגטית כי אם לצורך ייצור אנרגיה באופן יעיל יותר.
בימים אלה, נערך ניסוי יעילות של דגם טורבינת הרוח של Tyer Wind במרחבי הסוואנה של טוניסיה כאשר לדגם שתי כנפיים, כל כנף באורך 1.6 מטר, ובתנאי רוח חזקה הדגם מבצע כ 450 תנועות בדקה.  המהנדסים בחברה מקווים למערכת שקטה יותר, ידידותית יותר לתעופת ציפורים, קטנה יותר ויעילה יותר אנרגטית.
המערכת עדיין בשלבי פיתוח ראשוניים, לכן אין עדיין תוצאות לגבי מידת יעילותה האנרגטית. אך בחברה מאמינים כי העקרונות החדשים מהווים פריצת דרך בתחום ייצור האנרגיה, והעקרונות התכנוניים יוכלו לשמש בעתיד לייצור טורבינות רוח בממדים שונים לצרכים שונים, וכן לייצור מנועים תעשייתיים יעילים יותר לצרכים שונים.

ייצור סיבי משי בהשראת העכביש

מאת יוסי כהן

עכבישים יכולים להרתיע אנשים, אבל החומר שהם מייצרים לצורך טווית הקורים מעניין מדענים רבים. החומר ממנו עשויים קורי העכביש חזק מאוד, קל מאוד, מתכלה באופן טבעי, ויכול להתאים למספר יישומים: חוט תפירה רפואי מתכלה, מיתרי כינור, בתעשיית האלקטרוניקה ובריפוי גנטי. כמות החומר שמיוצרת ע"י העכביש קטנה ומספיקה לטוויית הקורים שלו בלבד, ולכן לא ניתן לנצל אותו לייצור מסיבי של חומר רב ערך זה. 
התמונה באדיבות Luc Viatour
לאחרונה פותח תהליך חדשני לייצור כמות גדולה של קורים מלאכותיים, המחקה את תהליך הייצור הטבעי של קורי העכביש, תוך שימוש בבקטריות ובחלבוני משי. בתהליך הייצור הטבעי מלאי חומר הגלם לייצור הקורים, הנמצא בתמיסה מימית בבלוטות של העכביש, מכיל מספר חלבונים המתקשים תוך כדי תהליך הטוויה מחוץ לגוף העכביש. בתוך הבלוטות מתקיים גרדיאנט חומציות (pH) המשפיע על סגמנטים שונים של החלבונים, ומבטיח ייצור מהיר, רציף ומדויק של הקורים. מדענים מהאוניברסיטה למדעי החקלאות בשבדיה השתמשו בידע זה לצורך ייצור מלאכותי של כמות תעשייתית של חלבון משי, ע"י בקטריות המתרבות בקבוצות. חלבון משי מלאכותי זה, שהוא חומר הגלם של הקורים, מסיס במים כמו החלבון הטבעי של העכביש ולכן ניתן לאחסנו בריכוזים גבוהים בתמיסה מימית.
בשלב הבא מיצו החוקרים את חלבון המשי מהבקטריות וחיקו את תהליך הטוויה הטבעי. הם שאבו אותו ע"י מזרק לתוך קפילרת זכוכית, ותוך כדי שינוי מבוקר של החומציות (הורדת ערך ה-pH ), יצרו סיבים מלאכותיים בקוטר של 40 מיקרומטר, ובאורך של קילומטרים!
תהליך חדשני זה יאפשר בעתיד ייצור תעשייתי של סיבי משי-עכבישי מלאכותי, שיוכלו לשמש ליישומים שונים.


 

שיעור במנהיגות מ....דגים

מאת: יעל הלפמן כהן

איך להוביל שותפים לעבר מטרה? הרבה שעות ייעוץ ולימוד מוקדשות לכך. מחקר מעניין שנערך בלהקות דגים מציע שיעור נוסף.

מנהיגים טובים צריכים לשמור על איזון בין החתירה להשגת היעד במהירות מחד, לבין שמירה על המונהגים בדרך. מסתבר שלשקלול תמורות זה ((Trade of יש גם שורשים אבולוציוניים.
במחקר שבוצע באוניברסיטאות בריסטול, הארווארד ופרינסטון, על דגים מסוג Golden shiners, חלק מהדגים אומנו לזהות מזון שהונח בצלחת מסוימת. אז נבחנה יכולתם של דגים מאומנים אלה להגיע לצלחת המזון בנוכחות קבוצה של שמונה דגים שאינם מאומנים ואינם מיודעים לגבי צלחת המזון.

התמונה באדיבות Alexander Vasenin
נמצא שדגים מאומנים שהראו נתיבים ישרים ומהירים יותר אל צלחת המזון יותר נטו להגיע אל היעד, אך התנהגות זו קשורה ל"איבוד" הדגים הלא מאומנים מאחור, ובכישלון העברת המידע אודות מקור המזון לדגים האחרים.  אך רוב הדגים המאומנים היו מנהיגים יעילים, והראו בהחלטיות ללהקה את הכיוון מבלי לאבד את הקשר עם הקבוצה ומבלי לאבד את ההגנה שהיא מספקת. 

זה המחקר הראשון המראה שקיים שקלול תמורות בין תנועה ישירה ליעד לבין שמירה על לכידות קבוצתית אצל בעלי חיים. שקלול זה תואם השערות מסימולציות מחשב ומתצפיות באנשים. עוד נמצא, שברוב המקרים או שכל הקבוצה הלא מאומנת נשארה עם הדג המאומן (המנהיג) או שכל הקבוצה נטשה אותו. ממצא זה מעיד על חשיבות האינטראקציות בין המונהגים, וכי המנהיגות מושפעת גם מרשת רחבה יותר של אינטראקציות חברתיות.
מהמחקר ניתן להפיק תובנות לגבי התנהגות של מנהיגות יעילה, למשל הגבלת מהירות קבלת ההחלטות כאשר הלכידות הקבוצתית חשובה, או גיוס תמיכה של חלק קטן מהעוקבים יכול לעיתים להספיק לסחוף את השאר לכיוון היעד.

דווח בעיתון  American Naturalist

ממדוזות ללייזר

מאת: דפנה חיים-לנגפורד
 
כשהמציאו את הלייזר לראשונה, זו הייתה טכנולוגיה שמחפשת יישום. עשור לאחר מכן, אנחנו משתמשים במכשירי לייזר ברפואה, לסריקת בר-קודים, במערכות צבאיות, לחיתוך תעשייתי ואפילו להצביע על דברים...
מכשירי לייזר באורכי גל שונים משמשים ליישומים שונים. לייזר אדום למשל משמש  לחיישנים, או לנגני CD, לייזר כחול יכול לשמש לאחסון מידע וליישומים רפואיים ועוד. אחד מהלייזרים החדשנים ביותר, אך שאינו בשימוש עדיין הוא Polariton laser. לייזר פולריטון, בשונה מלייזרים רגילים, פועל על ידי תנועת פוטונים בין מולקולות מעוררות. לייזר זה, על אף שהוא יעיל מאוד, לא הגיע לשימוש נרחב מכיוון שהוא דורש תנאי קור קיצוניים (כ -200 מעלות צלזיוס) כדי לפעול כיאות. 
התמונה באדיבות Luc Viatour
שיתוף פעולה של מדענים מסקוטלנד וגרמניה, הביא לפיתוח ראשון של לייזר פולריטון המבוסס על חלבון פלואורסנטי ממקור מדוזה. המבנה המולקולרי של חלבונים פלואורסצנטיים שונה באופן משמעותי מהחומרים הפלואורסצנטיים הסינטטיים, עובדה זו הובילה  לפיתוח של הלייזר החדשני. מסתבר שבאמצעות חלבוני המדוזה ניתן ליצר לייזר פולריטון בטמפרטורת החדר!
לצורך יצירת הלייזר החדש, השתמשו המדענים בתאי חיידק ה E-coli לייצר חלבונים פלואורסצנטיים ירוקים ממקור מדוזה. ליצירת התקן הלייזר, ציפו את מולקולות החלבון בשכבה דקה (500 ננומטר) וכלאו אותן בין שתי מראות. כדי ליצר את אלומת הלייזר, כל שנותר למדענים לעשות הוא להאיר את ההתקן באור כחול, שעורר את החלבונים לנקודה בה הם יצרו באופן ספונטני אלומת לייזר פולריטון מסונכרנת.
ניסיונות קודמים לייצר לייזר פולריטון נכשלו מכיוון שהחלקיקים המעוררים התנגשו ביניהם ונדרשו טמפרטורות נמוכות מאוד להתגבר על התופעה ולהביא את החלקיקים לסנכרון. אך במקרה של חלבוני המדוזה, המבנה הבסיסי המשמר את המולקולות הפלואורסנטיות בפנים, מגן על החלקיקים המעוררים מלהפריע זה לזה.
אחד היישומים האפשריים הוא זיהוי של תאים סרטניים, אשר יתכן שהם בעלי אורך גל שונה מתאים בריאים, ולכן שימוש בלייזר מסוג זה יאפשר הבחנה מבדלת פשוטה.