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 יולי 2017

תחום הביומימיקרי התפתח במגזר הפדגוגי ומדי שנה הולך וגדל מספר בתי הספר המזמינים את תלמידיהם להתבונן על הטבע בדרך חדשה ומעוררת חדשנות והשראה. אנו שמחים לבשר כי בשנת הלימודים הבאה יופעלו תוכניות הביומימיקרי בשיתוף תעשיידע. בתי ספר המעוניינים ללמד את תחום הביומימיקרי בשנת הלימודים הבאה מוזמנים לפנות למייל: info@biomimicry.org.il

החודש נרחיב על שתי טכנולוגיות שעקבנו אחריהן בשנים האחרונות ובימים אלו הבשילו לכדי מסחור. רובוט נחש שישווק כבר מהחודש הבא ובדים בעלי יכולת ניקוי עצמי בהשראת אפקט הלוטוס. עוד נספר על שתי טכנולוגיות שנמצאות עדיין בשלבי המחקר והפיתוח - מנגנון השקטה לרחפנים בהשראת תעופת התנשמת ותכנון מנגנון ניקוי למערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS) בהשראת דבורת הדבש. 

בברכת קריאה מהנה והמשך קיץ רגוע,
צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

רובוט נחש – גרסת שנת 2017

מאת: יעל הלפמן כהן
רובוט נחש בעל ביצועים מרשימים, הוא שלב נוסף באבולוציה של פיתוח רובוטים לשימוש ככלי רכב לא מאוישים.
רובוט נחש המחקה את תנועת הנחש ומיועד להחליף אנשים באזורים מסוכנים או באזורים ללא נגישות, כבר פותח בעבר. בטכניון למשל, פותח בעבר רובוט נחש בשיתוף מפא"ת, הרשות לפיתוח אמצעי לחימה.
לאחרונה, חברת הרובוטיקה האמריקנית סארקוס (Sarcos), פיתחה רובוט נוסף דמוי נחש, הגארדיאן S, רובוט העמיד למים ומסוגל לנוע על גבי משטחים שונים, לנוע דרך צינורות צרים ובמעלה במדרגות. הרובוט אפילו מסוגל להתרומם כקוברה ולעלות במעלה קירות, הודות לגופו המגנטי. לעומתו, לפתרונות רובוטים אחרים הנעים על הרצפה, יש מגבלת ניידות על פני שטח מאתגרים, טווח תנועה מוגבל, חיי סוללה קצרים, ומשקל רב יותר. בסרטון הבא תוכלו לצפות בביצועי הרובוט:

לגארדיאן S תכנון ייחודי המקנה לו יתרונות בתנועה. בעוד פתרונות רובוטיים קודמים התבססו על שני מסלולי תנועה, בדומה לזחלי טנק, העיצוב של הגרדיאן S, כולל זחל קדמי ואחורי וביניהם חלק נוסף המסוגל לבצע תנועות מורכבות יותר, המגדילות את טווח התנועה. הגרדיאן מסוגל להמשיך לפעול במשך 18 שעות, והוא מתופעל על-ידי שלט הדומה לשלט של משחקי וידיאו. הוא כולל חיישנים שונים לרבות חיישני אינפרא-אדום, קרינה, גז, רעידות, מיפוי תלת-ממדי וצילום וידאו ב- 360 מעלות. כל אלו מאפשרים איסוף מידע תוך כדי תנועה.  
הגרדיאן הוא צעד משמעותי לעבר רכבי קרקע לא מאוישים, המיועדים למשימות שונות באזורים מסוכנים לאדם, לרבות משימות מבצעיות, חילוץ פצצות, התמודדות עם חומרים מסוכנים, תפקוד באזורי אסון ועוד.  
סארקוס מתכוונת להתחיל לשווק את הרובוט כבר בחודש הבא.

ללא כביסה !

מאת: יעל הלפמן כהן
טקסטלים חכמים בעלי יכולות ניקוי עצמי והגנה מפני שחיקה בהשראת עלים וכנפי חרקים.
כיצד עלים של צמחים מסוימים תמיד נשארים נקיים? כיצד כנפי פרפרים דוחים מים ולכלוך? אמבט הם לא עושים, וגם לא כביסה. חברת שולר טכנולוגיות (Schoeller Technologies) משוויץ העוסקת בפיתוח טכנולוגיות טקסטיל, בחנה סוגיה זו, וחקרה עלים של צמחים וכנפי חרקים, על מנת לגלות תשובה לשאלה המפליאה – לאן הלכלוך נעלם ?
בעבר כבר דיווחנו רבות על אפקט הלוטוס, אפקט הניקוי העצמי של עלי הלוטוס הקשור לבליטות ננו-מטריות המצויות על פני האפידרמיס העלה. חוקרים מחברת שולר טכנולוגיות זיהו אפקט דומה במגוון נוסף של עלים וכנפי חרקים. מבנים ננומטרים על פני שטח עלים וכנפי חרקים  דוחים מים, שמן, ולכלוך, ומפחיתים את השחיקה והשריטות על פני השטח.  בעבר היה ניסיון של חברה יפנית ליישם אפקט זה על טקסטילים, אך הניסיון לא צלח מסחרית. חברת שולר טכנולוגיות הצליחה לתרגם אפקט כללי זה לטכנולוגיית עיבוד טקסטיל הנקראת   NanoSphere® המקנה  לבד אפקט של ניקוי עצמי הדומה לאפקט הטבעי.
NanoSphere®
בעוד שמים, שמן ולכלוך נספגים בטקסטיל רגיל בשל שטח המגע הרב בין גורמים חיצוניים לפני השטח של הטקסטיל, טקסטיל שעבר טיפול בטכנולוגיית ה- Nanosphere®,  דוחה חומרים חיצוניים אודות לשטח מגע מצומצם עם הטקסטיל. באופן תיאורי ופשוט, ניתן לדמות את פסגות המבנים הננומטרים כחיץ המרחיק את הגורמים החיצוניים מפני השטח של הטקסטיל, תוך הפחתת המגע וההצמדה של גורמים אלו. הטיפות החיצוניות מתגלגלות ומוסרות מפני השטח. התוצאה- בד נקי אך עדיין נושם, בעל יכולות ניקוי עצמי, דחיית לכלוך ומים, הגנה מפני שחיקה, ופחות צורך בכימיקילים ומים הנדרשים לניקוי ושטיפה. 
ניתן כיום לרכוש את הבדים עם האפקט או לרכוש רישיון לשימוש בטכנולוגיה.

המפתח לרעש טורבינות הרוח טמון בכנפי התנשמת


מאת: דפנה חיים-לנגפורד

כמו תעופתו השקטה של הינשוף, התעופה השקטה של התנשמת מעסיקה את העולם המחקרי כבסיס לפיתוח פתרונות השקטה למערכות דינאמיות כמו כלי טיס, רכבות, וטורבינות רוח.
מחקר נוסף חושף כיצד השראה מכנפי התנשמת מאפשר לכלי טיס וטורבינות רוח להיות שקטים יותר.
חוקרים מיפן וסין חקרו את המבנה המשונן בכנפי התנשמת והגיעו לתובנות חדשות כיצד מבנה משונן פועל להשקטת תעופת הציפור.

תוצאות מחקרם פורסמו בכתב העת Bioinspiration & Biomimetic כדוגמה למנגנון פוטנציאלי לדיכוי רעש בטורבינות רוח, כלי טיס, רחפנים מרובי מנועים ומכונות נוספות. פרופ' Liu מאוניברסיטת Chiba ביפן שהוביל את המחקר, טוען שתנשמות ידועות בתעופה השקטה שלהן אודות לתכונות ייחודיות, כדוגמת שינון בקצות הכנף הקדמיים, גדילים בקצות הכנף האחוריים וביניהם משטח דמוי קטיפה. במחקרם, בחנו החוקרים האם וכיצד תכונות אלו משפיעות על אפקטיביות התעופה ועוצמת הקול שלה.
המחקר בוצע באמצעות סימולציית תעופה של מבנים שונים בהשראת כנף התנשמת בתנאים המדמים מנהרת רוח. מתוצאות הסימולציות עולה כי לשינון בקצה הקדמי של הכנף יש משמעות קריטית לכוח האווירודינמי כמו-גם להשקטת התעופה עצמה. עוד נמצא כי יש קשר בין הכוח האווירודינמי לבין דיכוי מרבי של עוצמת הקול בתעופה עם נקודת אופטימום בזווית כנף ספציפית.
שינון מוטות טורבינות רוח, כנפי כלי טייס או מנועי רחפנים בהשראת כנף התנשמת, יכול לאפשר תכנון ביומימטי לבקרת זרימה ורעש. היום, כשנושא זיהום רעש מהווה את אחד החסמים לשימוש בטורבינות רוח כמקור לאנרגיה מתחדשת נקיה, ליישום זה השלכות על התחום כולו.
מקור הידיעה

ניקוי משטחים מיקרו-אלקטרומכניים בהשראת מערך הטיפול של דבורת הדבש


מאת: דפנה חיים-לנגפורד
 
מחקר חדש על הרגלי דבורת הדבש שופך אור חדש על הפיזיקה של תהליכי ההאבקה ובעל השלכות על מערכות מיקרו-אלקטרומכניות (MEMS)  בעתיד.
מחקר משותף בין המכון הטכנולוגי ג'ורג'יה באטלנטה ארצות הברית לבין אוניברסיטת קייל בגרמניה, בחן כיצד חרקים מאביקים שבאופן מכוון מתפלשים במיליוני אבקנים מתנקים כחלק ממנגנון האבקה, באופן שיאפשר להם לעופף.
במחקרם, שפורסם בכתב העת  Bioinspiration &  Biomimetics, מצאו החוקרים שהמפתח לניקוי המיטבי מצוי בשערות זעירות המכסות את הדבורים וחרקים מאביקים אחרים. עוד נמצא, כי נוזל צמיג על פני שטח צברי האבקנים (Pollenkitt), אחראי להדבקות לחרק. פרופ' Hu מכותבי המאמר טוען כי כמות האבקנים שעשויה להיצמד לדבורה פועלת יכולה לעלות על חמש פעמים משקל גופה של הדבורה. מיותר לציין, במצב זה, תעופה, חישה וניווט הופכים מאתגרים ביותר.
אם כן, כיצד הדבורים מתנקות מהאבקנים? החוקרים מצאו שהשערות משמשות לא רק לאיסוף אבקנים, אלא גם לתהליך הניקוי. מסתבר, שהשערות, בתלות במקומן, מפוזרות במרווח כזה שיאפשר להרחיק את האבקנים מעל הגוף, כך שהדבורה תוכל בקלות להסיר את האבקנים באמצעות הגפיים הקדמיות. בהתאם, המרווח בין השערות על הגפיים הקדמיות מכתיב את כמות האבקנים שיכולה להדבק לגפה ואת כמות האבקנים שהיא יכולה להסיר בתנועה אחת.
החוקרים ביצעו ניסוי לכימות פעולה זו. הם צילמו דבורת דבש מכוסה אבקנים באמצעות שתי מצלמות – אחת צילמה את פעולות הניקוי והשנייה את צלליות האבקנים כשהם נופלים. צילום זה מאפשר לתעד את מספר הפעמים שהדבורה נדרשה לבצע את פעולת הניקוי וכמה אבקנים שהיא הסירה. בנוסף, החוקרים תיעדו את גאומטריית התנועה של הדבורה ואת המרווחים בין השערות. על מנת לקבל תמונה רחבה ככל הניתן, החוקרים בחנו סוגי אבקנים שונים שנבדלו בגודל, במשקל, ובגאומטריה. חלק מהאבקנים נשטפו כדי לבחון את השפעת נוזל ההדבקה על תהליך הניקוי/הדבקה.
מהניסוי עולה כי גודל האבקנים ונוכחות נוזל ההדבקה הינם גורמים משמעותיים. עוד עולה כי ככל שהחלקיקים קטנים יותר, תהליך הניקוי אורך יותר זמן. שטיפת נוזל ההצמדה, כצפוי, הובילה להדבקה משמעותית נמוכה יותר.
עוד נמצא כי היחס בין גאומטריית השיער באזור הניקוי לאזור המנקה מכתיב את אפקטיביות הניקיון. פרופ' Hu  טוען כי בהתבסס על ממצאי גאומטריית השיער על גוף הדבורה ביחס לרגלי הדבורה ניתן לתכנן משטחי MEMS בעלי עמידות רבה יותר ללכלוך מצד אחד וכלי ניקוי יעילים יותר מצד שני.