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 מרץ 2018

קוראים יקרים שלום,

החודש אנו חוגגים 8 שנים לידיעון חדש(נ)ות מהטבע. מדי חודש אנו מביאים לקורא הישראלי חדשות מתחום הביומימיקרי מהארץ והעולם. כידוע ארגון הביומימיקרי הינו עמותה רשומה מבוססת מתנדבים ללא תמיכה כלכלית מהמדינה. על מנת שנוכל להמשיך ולהעשיר את קוראינו גם בעתיד, אנו מבקשים את תמיכתכם. לתרומה לעמותה לחץ כאן.

ההכנות לכנס הבינלאומי לביומימיקרי שיתקיים ב- 14.06.18 באוניברסיטת תל אביב בעיצומן. בימים אלו אנו משלימים את תכנית ההרצאות וצופים הגעתם של מרצים מרחבי העולם. שמרו את התאריך. הודעה על פתיחת הרישום לכנס תשלח בקרוב.
בידיעון זה נרחיב על אדריכלות ביומימטית וכן על חשיבות מבנה כנפי הציקדה לתעופה יעילה. בנוסף, כחלק מסדר פסח, ננסה לעשות סדר באוסף המונחים הביומימטים.
ואם כבר בסדר אנו עוסקים, לאור הגידול המשמעותי במספר הקוראים שלנו, התחדשנו במערכת דיוור חדשה. אנו מתנצלים מראש אם בעבר ביקשתם שנסיר אתכם מרשימת התפוצה ובכל זאת קיבלתם מייל זה. במידה ותרצו שנסיר אתכם מהרשימה, אנא שלחו מייל הסרה ונדאג לעדכן את המערכת בהתאם.
בברכת חג אביב שמח,
צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

ביו מה? סדר פסח 2018

מאת: דפנה חיים-לנגפורד
עדיין, אבל כל שנה קצת פחות, אחרי שאנחנו מציגים את נושא הביומימיקרי, חוזרת אלינו כהד השאלה: "ביו מה?" עם השנים, יותר ויותר אנשים נחשפו לתחום המרתק הזה, אך ריבוי המונחים הקשורים גורם לעיתים לבלבול. 
מאמר שיצא לאחרונה בכתב העת '& Biomimetics Bioinspiraion' מנסה לעשות סדר באינפלציית במונחים הרבים, ולקראת פסח אנחנו מביאים לכם כאן את עיקרי הדברים כהשלמה לסדר הפסח המסורתי.
אפשר לראות את ניצניה של טרמינולוגיה ביומימטית כבר בשנות החמישים של המאה הקודמת, עת המהנדס האמריקאי Otto Herbert Scmitt טבע לראשונה את המונח 'Biomimetics', שלימים קיבל ערך במילון Webster: "לימוד דרך ההתהוות, המבנה או הפונקציונליות של חומר, מנגנון או תהליך ביולוגי במטרה לייצר אותו באופן מלאכותי תוך חיקויו".
באותה תקופה, ד"ר Steele טבע את המונח 'Bionic', שאותו הגדיר באופן מאוד מצומצם: "העתקת פונקציה ביולוגית". מינוח זה נקשר בייחוד לתחום התעופה.
להבדיל משני המונחים הללו, המונח 'Bio-inspiration' הרבה יותר כוללני, וכפי שהוגדר על ידי הכימאי Whitesides משמעותו: "שימוש בתופעה ביולוגית כמעוררת מחשבה למחקר טכנולוגי". בנוסף, הוא חידד את המונח Bio-inspiration – משמעותו הוא הפשטה וחיקוי של חלק מהפונקציות והיכולות של יצור חי, אך לא בהכרח באותו המכאניזם.
הביולוגית Benyus טבעה את המונח 'Biomimicry', המקשר לראשונה למידה וחיקוי של הטבע לפתרון בעיות בדרך ברת-קיימא. בהמשך, האיחוד האירופאי המשיך את הקו הזה על ידי הגדרת מונח חדש 'Nature based solutions': "מציאת פתרונות בהשראת או בתמיכת הטבע, פתרונות שהם בעלי יתרונות סביבתיים, חברתיים וכלכליים, התורמים לחוסן באופן כללי".
בשנים האחרונות, ארגון התקנים הבינלאומי (ISO) כינס מומחים מכל העולם לוועידת תקינה בינלאומית, שמטרתה לייצר סטנדרטיזציה בתחום, ובין היתר בטרמינולוגיה הביומימטית. מייסדות ארגון הביומימיקרי הישראלי מייצגות את ישראל בוועידת תקינה זו. משנת 2015, ההגדרות הבאות הן המוסכמות על ידי ISO:
Biomimetics מוגדר כשיתוף פעולה בין-תחומי בין ביולוגיה וטכנולוגיה או תחומי חדשנות אחרים, במטרה לפתור בעיות פרקטיות באמצעות אנליזה של מערכות ביולוגיות, הפשטה שלהן, מידול שלהן והעברה ליישום.
Bionic מוגדר כטכנולוגיה שמחקה או מחליפה פונקציה ביולוגית על ידי שווה-ערך אלקטרוני או מכני.
Biomimicry & Bioinspiration מוגדרים יחדיו כפילוסופיה וגישה תכנונית בין-תחומית, המתייחסות לטבע כמודל למציאת פתרונות בתחום של פיתוח בר-קיימא.
לעיתים אנו נתקלים במחקר או בטכנולוגיה שלא ברור אם הן ביומימטיות בעיקרן או מתאימות יותר לתחום של Biomorphism, ביוטכנולוגיה, Bioengineering וכו'. כותבי המאמר מציעים לפשט את דרך הגדרת הטכנולוגיות באמצעות 'עץ החלטות' המבוסס על מידת חיקוי הפונקציה הטבעית.

חזית הומאוסטטית

מאת: יעל הלפמן כהן
חזית חכמה למבנים, המגיבה לטמפרטורת המבנה ומווסתת אותה בהתאם, פותחה בהשראת שרירים ומערכות ביולוגיות הומאוסטטיות.  
עולם האדריכלות שואב רעיונות ופתרונות רבים ממערכות טבעיות, ובשנים האחרונות הולכת ורווחת פרדיגמה תכנונית של תכנון מבנים כאורגניזמים חיים, המגיבים לסביבתם ומשתנים בהתאם. בהקשר זה נזכיר את יוזמת 'המבנה החי', The international living building institute. יוזמה זו חותרת לקדם תכנון מבנים המשתמשים באנרגיה ובמים ממקורות מתחדשים, מותאמים לאקלים ולסביבה, אינם מזהמים, מהווים חלק מאקוסיסטמה בנויה, ובנוסף, גם יפים ואסתטיים כמו פרחים בטבע. אחד מכיווני המחקר והפיתוח התואמים את גישת 'המבנה החי' הוא פיתוח חזיתות מבנים המתפקדים כמעטפת עור ומגיבים לפרמטרים שונים בסביבתם.
חברת דקר ידון ((Decker Yeadon, העוסקת בפיתוח טכנולוגיות לענף האדריכלות, תכננה חזית זכוכית כפולה למבנים, הסוגרת ופותחת את עצמה בתגובה לטמפרטורה הפנימית במבנה. החזית נקראת 'החזית ההומאוסטטית', והיא פותחה בהשראת תהליכים הומאוסטטיים בטבע. הוֹמֵאוֹסְטָזִיס Homeostasis)) היא היכולת של האורגניזם לשמור על סביבה פנימית יציבה גם כשחלים שינויים בסביבתו החיצונית. תהליכים הומאוסטטיים מאפשרים, למשל, לווסת את הטמפרטורה של גוף האורגניזם למרות שחלים שינויים בטמפרטורת הסביבה.
החזית נראית כמו חלון עם פסים. אלו רצועות של אלסטומר, הכרוך על ליבת פולימר גמיש. ציפוי כסף על האלסטומר מספק מתח חשמלי על פני המשטח, ובעקבות מתח זה המשטח מתעוות. כאשר השמש מחממת את פנים המבנה במהלך היום, האלסטומר מתפשט ומייצר צל בתוך המבנה. כאשר הפנים מתקרר, האלסטומר מתכווץ ומאפשר ליותר אור לחדור למבנה. באופן זה מתפקד האלסטומר כשריר וגורם להנעה, המאפשרת פתיחה וסגירה של החזית בהתאם לטמפרטורת הסביבה.  זו למעשה מערכת אוטומטית לוויסות אקלים במבנים בתגובה לטמפרטורת הסביבה – מערכת בעלת צריכת אנרגיה נמוכה ודיוק בתנועה. מכיוון שפני השטח הם גם המנוע עצמו, ניתן לשלוט באופן מקומי בפתיחה או בסגירה בכל מקטע של הבניין.
להלן סרטון המתאר את פעולת החזית ואת מקורות ההשראה שלה בטבע: 

על כנפיים של ציקדה והפוטנציאל בכנפי חרקים

מאת: אור עמר
מבט אל מחקר שבוחן את יכולות ושיטות הייצור של כנפיים מלאכותיות מזעריות בהשראת חרקים, ומביא שיטה ומסקנות חדשות לתחום.
במהלך העשור האחרון, כלי טיס מכונפים זעירים, שנבנו בהשראת חרקים (FMAVs במקור), עוררו עניין מחקרי רב בזכות פוטנציאל הישימות הגבוה במקרים בהם יש צורך בטכנולוגיות מתקדמות למאמצי חיפוש והצלה באזורי אסון.
הכנפיים המלאכותיות משמעותיות לייצור עילוי מספק להמראת FMAVs. מנקודת מבט ביונית, התכונות האווירודינמיות המצוינות של כנף החרק קשורות באופן משמעותי למורפולוגיה ולסגולות המכאניות של הכנף.
מורפולוגיית הכנף כוללת את צורת הכנף, את דפוסי ורידי הכנף, את העובי, את הארכיטקטורה התלת- ממדית ועוד. נמצא שווריאציות שונות של צורת הכנף ועובייה הן בעלות השפעה מהותית על העילוי האווירודינמי של כנפי החרקים. בנוסף, על פי תצפיות המחקר, הארכיטקטורה התלת-ממדית מסוגלת להפיק עילוי רב יותר כאשר היא מונעת רפרוף בקצות הכנף.
עוד נמצא, כי בנוסף למורפולגיה, הסגולות המכאניות של הכנף כמו גמישותה מסוגלות להפיק פרץ עילוי חזק בזמן תנועות הנפנוף. תכונות מכאניות חשובות לכנף, שמשפיעות בצורה ישירה על הביצועים האווירודנמיים, כוללות 'flexural stiffness', אשר מתארת את הקשר בין עיוות הצורה והכוח האווירודינמי – עיוות צורה מקסימלי אשר משקף את היכולת לשאת עיוותים רבים מבלי להישבר ל-natural frequency, המשקפת את הביצועים הכלליים תחת כוח אנרציה והשפעות אווירואלסטיות.
כאשר היקף הכנף המלאכותית קטן לחמישה ס"מ, כבר אי אפשר ליישם שיטות ייצור ידניות בכנפי חרק מלאכותיות בעלות דפוסי ורידי כנף מורכבים. לגבי כנפיים בגודל זה, הועלו מספר שיטות ייצור לחיקוי מורפולגיית הכנף הביומימטית, אך כולן לוקות בחסר. לדוגמה, שימוש בלייזר הוכח, מצד אחד, כטכניקה יעילה לייצור כנפי חרק מלאכותיות, אך מצד שני, בתוצאה שהתקבלה, דפוס ורידי הכנף מופשט בהשוואה לכנף חרק אמיתית, ולכן עדיין דרוש מחקר על מנת לייצר מורפולוגיה של כנפי חרק מלאכותי.
התמונה באדיבות Dmarshal (David C. Marshall)
המחקר הנדון מתמקד בשיטות ייצור וניסוי של כנפיים מלאכותיות של ציקדה, תוך חיקוי המורפולוגיה והמכאניקה שלהן. במחקר משתמשים בטכניקה של חיתוך לייזר תוך איחוי חומר רב-שכבתי, המבוסס על סיב פחמן ומיילר (Mylar) דק, על מנת לחקות את דפוס וצורת ורידי הכנפיים. קיבולת שיטת הייצור עבור ארכיטקטורת כנף תלת-ממד וסוגי כנף מגוונים מוצגים גם כן. על מנת לחקור את השפעת עובי הווריד על תכונות הכנף, נבדקים ה-flexural stiffness, שיעור העיוות המקסימלי וה-natural frequency באמצעות מערכת גירוי ייעודית ללא מגע.
בשילוב עם שיטות ייצור קיימות, השיטה המוצעת מודגמת בתהליך פשוט יותר, אך היא משופרת ומזכירה כנף אמיתית של ציקדה.
מסקנות המחקר הן כי ניתן להשיג מורפולגיה של כנף ציקדה מלאכותית בעזרת טכניקת חיתוך לייזר בעלת דיוק גבוה. שיטת ייצור זו מסוגלת לממש ארכיטקטורת כנף תלת-ממדית בעלת קימורים או קיפולים על ידי שליטה על הצורה התלת-ממדית של ורידי הכנפיים בזמן תהליך ההקשחה והשיפור. בנוסף, השיטה מדגימה גם ורסטיליות מבטיחה לסוגי כנפיים מגוונות.
תוצאות המבחן המכאני מגלות שלכנף המלאכותית של הציקדה יש גמישות מעולה, והיא מסוגלת לעמוד באחוז גבוה של עיוות בלי להישבר (אחוז העיוות המקסימלי הגיע ל-50%). מהמבחן ניתן גם לראות שה- flexural stiffness  וה- natural frequencyשל כנף הציקדה המלאכותית תלויות במידה רבה בעובי הוורידים. תוצאות כאלו מספקות גישה ריאלית לטיוב נוסף בתכונות כנפיים מכאניות על ידי התאמת עובי הוורידים.