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 פברואר 2018

קוראים יקרים שלום,

החודש נרחיב על רובוטים קטנים הנעים כזרעים, באמצעות ספיגת אדי מים, על ציפוי לפאנלים סולארים המפחית רפלקטיביות בהשראת עלי התירס, ועל שיפור מבנים אווירודינאמיים באמצעות חיקוי עור הכריש. כמו כן נרחיב אודות מקורות ההשראה והתוצרים של סטודנטים לצורפות ואופנה בבצלאל, שלמדו לראשונה קורס בביומימטיקה.

ההכנות לכנס הבינלאומי לביומימיקרי שיתקיים ב- 14.06.18 באוניברסיטת תל אביב בעיצומן. בימים אלו אנו משלימים את תכנית ההרצאות – מגוון הרצאות מרחבי העולם !!! שמרו את התאריך. אתר הכנס יפתח בקרוב.
 
 

 
בברכת קריאה מהנה וחג פורים שמח,

 
צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

קצת זרעים וקצת מים – איך לגדל רובוטים שנעים בלי מנוע או סוללות

אור עמר

רובוטים קטנים הנעים בלי מנוע, בעזרת הלחות באוויר, פותחו בהשראת מנגנון התנועה של זרעים.

קבוצת חוקרים מהאוניברסיטה הלאומית 'סאול' פיתחה קבוצת רובוטים קטנים, המסוגלים לנוע בלי מנוע או סוללות. במקום זאת, כפי שהסבירו החוקרים בכתב העת 'Science Robots', ההייגרובוטים (hygtobots) נעים באמצעות ספיגה ואידוי מים.

יש זרעים מסוימים אשר יכולים להניע את עצמם לתוך הקרקע; הפלגרוניום קרנוסום (Pelargonium carnosum) הוא דוגמא לזרע כזה. החוקרים בחנו כיצד זרעים כאלה נעים ללא צורך במנוע ומצאו שהמעטפת החיצונית שלהם מכילה שכבות רבות – חלקן סופחות לחות מהאוויר והאחרות לא. כאשר האוויר לח, המעטפת החיצונית נמתחת וגורמת לכיפוף, וכתוצאה ממנו נוצרת התנועה.

לאחר מכן, החוקרים יישמו את מה שלמדו בעצמים קטנים, דרך שימוש בננו-סיבים כמעטפת חיצונית, כאשר חלק מהסיבים סופחים לחות וחלק לא. העצמים הקטנים הללו הם צורה של הייגרובוטים מכיוון שהם נעים על בסיס פעילות לחות. על מנת לגרום לתנועה, כל הייגרובוט עוצב בצורה ייחודית כך שכשהוא במצב רפוי, רק קצה אחד שלו זז וגורם לכל הרובוט לזוז בתנועה איטית. התנועה היא לכיוון מסוים, כאשר הלחות גורמת לרובוט לכופף ולהרפות את עצמו בצורה נשנית.

תנועת ההייגרובוטס דרשה שליטה במידת הלחות בסביבה. במקרים מסוימים, הצוות שינה במהירות, בצורה מחזורית, את האוויר שבו הופעלו הרובוטים בין יבש ללח. אך הם גם מצאו ששימוש בשילוב הנכון בין ננו-סיבים לסביבה יבשה מאפשר להם לייצר הייגרובוט אשר מסוגל לנוע על פני משטח רטוב כאשר הוא משתמש בהפרשי הלחות הטבעיים בלבד.

הצוות תיעד בווידיאו כמה מיצירותיהם בזמן תנועה, בין השאר רובוט בצורת תולעת אינץ' אשר עושה את דרכו על גבי משטח, ורובוט אחר, שדומה בתנועתו לנחש חולות, על גבי משטח אחר. בסרטון אחר נראה סוג מוקטן יותר של הרובוט שצורתו תולעת, כשהוא נע בצלחת פטרי וסוחב עימו אנטיביוטיקה שחותכת חיידקים הדבוקים אחד לשני על המשטח. לדעת קבוצת החוקרים, ייתכן שהרובוטים יהיו יעילים יום אחד לשימושים צבאיים שונים, לטיפולים רפואיים או כרובוטים אשר מסוגלים להעביר תרופות לתוך הגוף.
 
בסרטונים המצורפים במקור תוכלו לצפות בתנועת ההייגרובוט




תירס חם

מאת: יעל הלפמן כהן

מדענים באוניברסיטת 'אולו' שבפינלנד הצליחו לשפר את היעילות של פאנלים סולאריים בשבעה עשר אחוז, באמצעות ציפוי ביומימטי.

עלותם של הפאנלים הסולאריים יורדת באופן משמעותי, אך יעילותם עדיין נמוכה. כיום, פאנלים סולאריים מסחריים ממירים לחשמל רק כעשרים אחוז מאנרגיית השמש. האנרגיה הסולארית עדיין לא מהווה תחליף לדלקים מאובנים. אחת הסיבות ליעילות הנמוכה היא החזרת קרני האור (רפלקטיביות) של המשטחים. כשלושים וחמישה אחוז מאור השמש המוקרן על הפאנלים מוחזר חזרה במקום להיקלט בפאנלים ולעבור תהליך המרה לאנרגיה חשמלית.
במהלך האבולוציה התפתחו בטבע פתרונות אופטימאליים לקצירת אנרגיית השמש. בניסיון למצוא פתרון לאתגר הרפלקטיביות, פנה צוות חוקרים מאוניברסיטת 'אולו' שבפינלנד לטבע וחקר פני שטח של עלים. המדגם כלל שלושים ושניים סוגים שונים של עלים. המטרה הייתה לזהות איזה עלה קולט את השמש טוב יותר. המנצח הוא התירס. ייתכן שעובדה זו מסבירה את קצב גידולו המהיר.

מבנה עלים שונים תחת עדשת המיקרוסקופ
                                 Image copyrights:Zhongjia Huang & Wei Cao 
                                            
 צוות החוקרים חיקה את מבנה פני השטח של התירס – בליטות ברמה ה'ננו מטרית', ותכנן כיסוי פולימרי, ועליו תבנית דומה של נקודות (nanodots). כיסוי זה הונח על תאי הסיליקון בתאים הסולאריים. התוצאות היו מרשימות – החוקרים הצליחו להפחית את אחוז אובדן האור בהחזרה משלושים וחמישה אחוז לשנים עשר אחוז, ובהתאמה, קצירת האנרגיה בפאנלים הסולאריים עלתה בשבעה עשר אחוז. הצוות חיקה את פני השטח של התירס גם על משטחי זכוכית וסיליקון. הדבר יאפשר בעתיד לשנות גם את שיטת הייצור של הפאנלים הסולאריים.

ל'ננו ציפוי' הביומימטי ייתכנו יישומים נוספים, למשל, בתחום של אפקטיביות החימום בחממות. הפחתת הרפלקטיביות והגברת החשיפה של החממות לשמש תאפשר להקטין את תוספת החימום הנדרש בעונות החורף – חיסכון אנרגטי ופתרון מקיים. שיטת הייצור של ה'ננו ציפויים' הביומימטיים והיישומים הם 'מוגני פטנט'. כעת החוקרים עובדים על האצת תהליך הפיתוח עם שותפים בסין, ובמקביל הוקמה חברה למסחור הטכנולוגיות.

למקור

הדפסת מודל תלת-ממד בהשראת קשקשי כריש

אמיר גילדור

הדפסת מודל תלת-ממד בהשראת קשקשי כריש הובילה לגילויים חדשים על התכונות האווירודינמיות שלהם. בנוסף, נמצא שהטמעת מבנים דמויי קשקשים על גבי כנף משפרת את האווירודינמיות של הכנף באופן שעשוי להוביל לפיתוח דור חדש של מטוסים, רחפנים, מכוניות וטורבינות.

מחקר חדש שנערך על ידי צוות של מהנדסים וביולוגים מאוניברסיטת 'הרווארד' ומאוניברסיטת 'דרום קרוליינה' שבארצות הברית בדק את התכונות האווירודינמיות של קשקשי כריש. ראשית, החוקרים בנו מודל תלת-ממדי של קשקשי כריש ממין 'עמלץ כחול', המוכר כאחד הכרישים המהירים ביותר בעולם. הם עשו זאת תוך שימוש בשיטת הדמיה באמצעות קרני רנטגן (micro CT) – שיטה המשמשת לעיתים קרובות להדמיה מדויקת של מבנים זעירים מהחי.

בהמשך, המודל התלת-ממדי של הקשקשים הוטמע על גבי מודל קיים של כנף, ולאחר מכן הודפסו כמה כנפיים 'משודרגות' כאלה באמצעות מדפסת תלת-ממד. בשלב הבא, נבדקו התכונות האווירודינמיות של הכנפיים שהודפסו, בתוך מיכל מים.

ידוע שהמבנה הייחודי של קשקשי הכריש תורם להפחתת כוח הגרר (הכוח המתנגד לתנועת גוף הנע בתוך נוזל או גז), אך החוקרים הופתעו לגלות שלא די בכך – התברר שהקשקשים אף תרמו להגברת כוח העילוי של הכנפיים, הכוח המאפשר לגופים הכבדים מהאוויר לעוף.
 
                                         תמונה מאת David Clode

לאחר שבחנו את תוצאות הניסוי, החוקרים דימו את קשקשי הכריש ל'מחוללי מערבולות'         (Vortex Generators) – מבנים המותקנים על גבי מרבית המטוסים והמכוניות ומסייעים לשינוי זרימת האוויר מעל הכלי כדי לשפר את האווירודינמיות שלו. נמצא שהוספת ה'קשקשים' לכנף בהדפסת תלת-ממד משיגה שיפור של עד שלוש מאות ועשרים אחוז ביחס שבין כוח הגרר לבין כוח העילוי, בהשוואה לכנפיים שאינן כוללות מחוללי מערבולות.

במחקר זה, אם כן, התגלו תכונות אווירודינמיות של קשקשי הכריש שלא היו מוכרות עד כה, וכן נמצא שהרכבת מודל שלהם על גבי כלי קיים עשוי לשפר בצורה משמעותית את האווירודינמיות שלו. לאור הממצאים, ייתכן שבעתיד יוטמעו מבנים דמויי קשקשי כריש בכלי תעופה, במכוניות ובטורבינות.
 

'מלכודת ונוס' בבצלאל

אריאל לאביאן

לראשונה – קורס מבוא לביומימטיקה בבצלאל. הצצה ראשונה למקורות ההשראה ולתוצרים של סטודנטיות לצורפות ואופנה.

לראשונה התקיים קורס מבוא לביומימטיקה במחלקה לצורפות ואופנה בבצלאל, האקדמיה לאומנות ועיצוב בירושלים, בהנחיית אריאל לאביאן. מטרת הקורס, הייתה להכיר לסטודנטיות הלומדות בשנים המתקדמות ג' ו-ד' את הדיסציפלינה, והוא התנהל בדרך המשלבת הרצאות עם עבודה בסדנאות. הקורס הפגיש את הסטודנטיות לראשונה עם התחום. הן למדו מושגי מפתח והכירו תחומים נוספים כמו עיצוב מקיים, עיצוב חברתי ו'מהעריסה אל העריסה'.

ההתחלה הייתה קצת מאתגרת מכיוון שהתמצית היא כל כך פשוטה – העתקה. אך עם התקדמות השיעורים והיכרות מעמיקה יותר עם התחום, הסטודנטיות, כל אחת בתחומה, התחילה ליישם את הכלים שרכשה בתוך המהלך העיצובי. לדוגמה – רחלי בן אליהו, סטודנטית בשנה ג', חקרה את עור התנין ( אוסטאודרם), העשוי מלוחיות עצם שנמצאות בתוך שכבת העור (דרמיס) ויוצרות יחד את קשקשי התנין.

מסבירה רחלי:

"עבודתי עוסקת בשכבתיות הקיימת בעורו של התנין, המשלבת חומר או עצם חבוי, הבוקע, נחשף, מתוך אותן השכבות ומביאה עקרונות אלו לעולם הצורפות. החומרים בהם בחרתי לעבוד הם פורניר אלון מושחר, כסף ונחושת".
 


דוגמה נוספת היא עבודתה של טלי לייטנר, סטודנטית בשנה רביעית, אשר חקרה את צמח הדיונאה, או בשמו העממי 'מלכודת ונוס'. מקורו של צמח זה הוא בביצות של צפון קרוליינה. כתוצאה מחוסר במלחים באדמה בה הוא גדל, הפך הצמח בתהליך אבולוציוני לטורף מתוחכם של חרקים קטנים, שמהם הוא משלים את החלבונים להם הוא זקוק בתזונתו. מנגנון הטרף המרתק של הצמח עשוי משתי אונות, המחוברות בניהן בציר העלה. בשולי כל אונה מצויות שיניים ארוכות, המשתלבות זו בזו בעת סגירת האונות ומונעות את בריחת הטרף.

מסבירה טלי:

"במסגרת הקורס, החלטתי ליישם את אופי מנגנון הטרף של הדיונאה בדיסציפלינת הנעליים, באופן בו הוא יהווה פונקציה אינטגרלית בנעל. הרעיון היה ליצור נעל ש'תכלא' את הרגל בתוכה ברגע שבו הרגל נכנסת לנעל". 


קצרה היריעה מלספר על כל העבודות של משתתפות הקורס. אפשר לראות את רוב העבודות בעמוד האינסטגרם של המחלקה.