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 אוגוסט 2017

קוראים יקרים שלום,
בידיעון אוגוסט אנו גאים לספר על שני מחקרים ישראלים: רובוט זוחל שמפותח באוניברסיטת באר-שבע ורחפן מעופף שנחקר בטכניון. עוד נספר גם על טכנולוגיה ביומימטית שפותחה בחברת פרקר כמענה לצורך בחומר עמיד לתנאי עבודה מאתגרים.

בתי ספר המעוניינים ללמד את תחום הביומימיקרי בשנת הלימודים הבאה מוזמנים לפנות למייל: info@biomimicry.org.il
דקה לפני פתיחת הלימודים, אנו מאחלים לילדים שנת לימודים מהנה, בטוחה ומלאת השראה,
קריאה מהנה,
צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

זחילה רובוטית

מאת: זיו כהני


פעמים רבות אנחנו מספרים לכם על פיתוחים והמצאות ביומימטיות מהאקדמיה ומהתעשייה מעבר לים. הפעם אני שמח לקחת אתכם לבאר-שבע, למחלקה המכנית של אוניברסיטת בן-גוריון שבנגב*, שם צוות של סטודנטים פיתח רובוט, בהשראת זוחלים.

לאורך השנים, בוצעו מחקרים רבים בתחום חיקוי רובוטי של זוחלים, בעיקר עבור אפליקציות בתחום התחזוקה והרפואה. במקרים אלו, בעיקר בתחום הרפואה, יש צורך במימדים מזעריים, ולכן נדרש לעשות שימוש במספר קטן ככל האפשר של רכיבים. בנוסף, יש צורך לבצע התאמות של מקדמי החיכוך של הרובוט מול המשטחים עליהם הוא מיועד לנוע.
הרובוט מבאר-שבע מבוסס על מערכת הנעה, שמקנה לו יכולת תנועה גלית רציפה- קדימה ואחורה. הרובוט מתוכנן באופן מינימליסטי, ובין השאר מתבסס על מנוע יחיד. הסטודנטים פיתחו מודל קינמטי, שמייצר תנועה מכנית דו-מימדית של החוליות המבניות, שנובעת מהתנועה הסיבובית של המנוע. בהתבסס על אילוצים מכניים הסטודנטים פיתחו למעשה מספר גרסאות בגדלים שונים, כאשר מידותיו של הדגם הקטן ביותר הן: אורך:12ס"מ, רוחב:3ס"מ, משקל:30גרם.
התיכנון המינימליסטי הוא שמאפשר את הקטנת הממדים של הרובוט מבחינת משקל וצריכת הדרושה להפעלתו, ולשיפור באמינותו תוך שמירה על עלויות נמוכות. הרובוט גם קיבל שם הולם, מבוסס על הקונספט של תכנונו - SAW Single Actuator Wave.
ה-SAW כולל 4 מכלולים עיקריים- המנוע, בסיס המנוע, החוליות והסליל (על פיו נעות החוליות), כאשר המנוע מחובר מצד אחד לבסיסו ומצד שני לסליל. החוליות מחוברות לבסיס המנוע (שמהווה גם למעשה את השילדה הקשיחה של הרובוט). במבט מהצד, תנועת חוליות הרובוט, שזזות כפי שהסליל מאלץ אותן, תראה למעשה כמו הטלה של תנועה קווית דו-מימדית שניתן לראות מסיבוב סליל. למעשה- מהצד התנועה נראית כפי שמתנהג גרף מתמטי מסוג סינוס. תנועה מסוג זה, מאפשרת לרובוט לנוע גם על פני משטחים לא ישרים.
לא נלאה אתכם כאן באוסף החישובים הגדול אותו בצעו הסטודנטים בתחום התנועה- גלים, תדרים ואמפליטודות. אבל בפועל, הגרסאות השונות של הרובוט, שיוצרו בעיקר מחלקים שהודפסו במדפסת תלת-מימד, שמרו על רמת אמינות גבוהה. הצלחת הפיתוח הוכחה כשהביצועים של הגרסאות של הרובוט הציגו מדידות קרובות מאד לחישובים והמודלים התיאורטיים. הרובוט, בגרסתו הגדולה ביותר הצליח להגיע למהירות של 57 ס"מ/שניה (יותר מחצי מטר בשניה!) על פני משטח ישר, ואפילו הצליח לטפס על משטח ורטיקלי, כאשר מוקם בין שני קירות במהירות של מעל 8ס"מ/שניה.

*       גילוי נאות- גם אני בוגר המחלקה הזו באוניברסיטת באר שבע.
      מקור הידיעה

חזק, גמיש ולא נשחק

מאת: יעל הלפמן כהן
חברת פארקר האנפין תכננה צינור עמיד לשחיקה המבוסס על מבנה הבליטות המשושות על עור הנחש
פארקר האנפין (Parker Hannifin), היצרן המוביל של מערכות וטכנולוגיות בקרה ותנועה, לרבות ציוד הידראולי ופניאומטי, אימץ את הגישה הביומימטית לפתרון אתגר של אחד מלקוחותיו, מפעל מלט איטלקי.
המפעל נאלץ לסגור כל שבועיים את פעילותו על מנת לתקן או להחליף את צינורות הפלדה הממוקמים ביציאה מהמפעל, צינורות המובילים חומרים שוחקים במיוחד. למפעל היה צורך בצינור החזק מפלדה אבל עדיין גמיש כצינור גומי. במקום לחפש פתרון "בבית" או בתעשייה, החליטה חברת פארקר האנפין לחדש ולחפש הפעם פתרון בטבע. צוות החברה שאל  "מה בטבע גמיש אך עדיין מכוסה בשריון להגנה ?", וזיהה שלושה מבנים העונים על הדרישות בקרב זחלים, דגים, ונחשים. הדוגמא הטובה ביותר היא עור הנחש הכולל סדרה של קשקשים משתלבים המאפשרים תנועה מחד והגנה קבועה מפני שחיקה מהאדמה מאידך. 
צוות המתכננים של פארקר פיתח צינור חדשני המצופה בסדרה של האקסגרמות (צורה של כוכב בן 6 קודקודים) קרמיות המחקות את המבנה הבסיסי של קשקשי הנחש. צינור זה המכונה סרגום ( Cergom) תוכנן לעמוד בדרישות של מבנה גמיש וחזק, העמיד לשחיקה בצורה טובה יותר יחסית לפלדה. אב טיפוס של הצינור החדש הוצב במקום צינור הפלדה שהתבלה אחת לשבועיים. אב טיפוס זה המשיך לתפקד 6 שנים נוספות ללא כל סימן חיצוני לשחיקה !
סגן נשיא לענייני טכנולוגיה וחדשנות של החברה, פטר בוקה סיכם ואמר: "אתה לא רוצה להשקיע בטכנולוגיות אותן תצטרך לנטוש בעתיד....הטבע מציע פתרון פרקטי ומקיים, ערך חשוב מאוד לחברה תעשייתית". 

ננו-כלי תעופה בלתי מאוישים בהשראת חרקים


מאת: אור עמר
מדענים ומהנדסים מכל העולם עוסקים בשנים האחרונות בניסיונות לפתח כלי תעופה זעיר בלתי מאויש. כלי תעופה זעיר בלתי מאויש יכול לשמש לביצוע משלוחים, למשימות ביון צבאיות, לתעוד ותקשורת עם איזורי אסון, למחקר אקולוגי וישומים רבים נוספים. 
עם התקדמות המחקר והפיתוח והשימוש שכבר החל, עולה כי ננו-כלי תעופה בלתי מאוישים יהיו חייבים להשתמש בכנפיים בעלי יכולות נפנוף על מנת לשלב יכולות התרוממות ודחיפה בצורה יעילה. יכולות אלה, יכללו בין השאר המראה ונחיתה אנכיות וכן גם יכולות תמרון יוצאות מגדר הרגיל תוך שימוש בעקרונות אווירודינמיים.

כל זאת נכתב במאמר מטעם פרופסור דניאל וייס מהפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל מהטכניון ושותף בכיר למחקר, ד"ר גל ריבק. החוקרים מנסים לחקות יכולות אלו מתעופת חיפושיות, כיוון שאלו נושאות מטען יחסית כבד שלא תורם לתעופה.

חיפושית גוליית. התמונה באדיבות Didier Descouens
החוקרים הציבו שתי דוגמאות קיצוניות של בעלי חיים מסדרת קושי-כנפיים (Coleoptera): הראשונה היא חיפושית גוליית (Goliathus),  מדובר בחרק המעופף הכבד ביותר אשר משקלו יכול להגיע לכ 50 גרם ומוטת הכנפיים לאורך של 19ס"מ. על מנת ליצור ניגוד ברור, החוקרים הציבו מנגד חיפושיות ממשפחת ה"פטילידיי" (Ptiliidae), המוכרות גם בתור חיפושיות בעלות כנפי נוצה -חיפושיות אלה הן בין החיפושיות הקטנות ביותר, שוקלות רק כחצי מיליגרם ובעלות מוטת כנפיים של 2 מילימטר בלבד. לחיפושיות זעירות אלה, יש "כנפי מסרק" מהסוג שפותח בטכניון עבור הננו-כלי תעופה הבלתי מאויש.

כל אחד מהחרקים האלה, בדרך שונה, תורם מידע חשוב לעיצוב ננו-כלי תעופה בלתי-מאויש. בנוסף, שילוב התובנות שנלמדו מחקר שני החרקים שופך אור אודות מגבלות הגודל של תעופה בתצורת נפנוף כנפיים .