חדשות מהטבע יולי 2010

קוראים יקרים,
אנו שמחים להגיש לכם את גיליון יולי של חדשות מהטבע בגירסתו המקוונת החדשה.
חום יולי אוגוסט המכה במלא עוצמתו בימים אלו משאיר את רובנו ספונים בבתים ובמשרדים הממוזגים. תושבי הקבע של אזורנו, בעלי החיים והצמחים, פיתחו מנגנוני הישרדות מרתקים המאפשרים את המשך קיומם גם ללא מזגן. הטרמיטים פיתחו מערכת אורור ייחודית, השחארורית לוכדת אפילו את טיפת הטל הקטנה ביותר והאצטרובל מגיב ללחות כחלק ממנגנון השרדותו.
מנגנון התגובה של האצטרובל ללחות שימש השראה לפיתוח בד חכם המגיב ללחות ומותאם לאזורי מחיה חמים. בד זה הוצג החודש בכנס בנושא עולם הסיבים וטכנולוגיות טקסטיל חדשניות שהתקיים במוזיאון העיצוב בחולון, לצד טקסטילים חכמים נוספים שפותחו בהשראת הכריש, הלוטרה, הפרפר ובעלי חיים וצמחים נוספים.
על מנת לעודד המשך פיתוח טכנולוגיות בהשראת הטבע, חשוב לחשוף מנהלים, מהנדסים ואנשי מדע לדיסציפלינת הביומימיקרי. אנו שמחים לבשר כי בית הספר למנהל עסקים במרכז הבינתחומי הרצליה, המוביל חשיבה ניהולית יצירתית, מציע בשנת הלימודים הקרובה את הקורס "ביומימיקרי בסביבת הארגון". הקורס יקנה רקע תיאורטי בנושא ביומימיקרי וקיימות, לצד כלי תכנון, פיתוח וניהול המבוססים על דיסיפלינת הביומימיקרי. הקורס יועבר על-ידי מייסדות ארגון הביומימיקרי הישראלי, דר' דפנה חיים-לנגפורד וגב' יעל הלפמן כהן ומיועד לתלמידי תואר שני למנהל עסקים וממשל כחלק מאשכול איכות הסביבה.

קריאה נעימה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

תנועה דגית בים, באויר וביבשה

תנועתו של דג טרוטת עין-הקשת נתנה השראה למחקר ופיתוח מנגנון תנועה שקט יותר ובעל יכולת תמרון גבוהה יותר לספינת אויר. המנגנון מבוסס על פעילותם של סיבי שריר הדג במהלך תנועה במים.

תנועת דגים במים נחקרה רבות בהקשרים של פיתוח מתקני צלילה אוטומטיים חדשניים. הגדילו לעשות ואת מבנה דג הקופסינון, חיקו לצורך שיפור תנועת כלי רכב על היבשה.
מסתבר, שאת תנועת הדגים במים, אפשר ללמוד ולחקות לתנועה בים ביבשה ובעקבות ממצאי מחקר זה גם באויר!
ספינות אויר, כמו כלי שיט ימיים, מונעים באמצעות מדחפים (פרופלורים) ומכוונים על-ידי מייצבים בכלי בקרה וקטורית. שלא כמו בתנועה הדגית, מערכת מדחפים ומכוונים זו יעילה רק בתחום צר מאוד של מצבים, המדחפים מרעישים מאוד ובמהירויות נמוכות, יכולת תמרון ספינת האויר נמוכה ביותר.

דג טרוטת עין-הקשת (Rainbow trout), שימש השראה לפיתוח ספינת אויר שקטה ובעלת יכולת תמרון מאחר והוא בעל סגנונות שחיה מגוונים. מדענים משוויץ וגרמניה פיתחו ספינת אויר בעלת יכולת תמרון ותנועה המחקים באויר את תנועת דג טרוטת עין-הקשת. התנעת גוף דמוי דג באויר מתאפשרת אודות לשפעול חומר אלסטי מבודד (Dielectric elastomer). חומר זה מתפקד למעשה כשריר מלאכותי המורכב משכבה אלסטית מבודדת רכה בציפוי דו צדדי של אלקטרודות. בהינתן מתח לאלקטרודות, הכוחות האלקטרוסטטיים מוחצים את השכבה המבודדת שביניהם. מאחר והשכבה המבודדת איננה דחיסה, היא מתפשטת בכיוון השטוח. בדרך זו מתקבל אפקט כיווץ והרפיה. באמצעות טכניקת כיווץ והרפיה זו, אשר מיושמת לחילופין בשני צידי ספינת האויר (כשגב הספינה "מתכווץ" בטן הספינה "מתפשט" ולהיפך), נוצרת תנועה דינמית של מבנה הספינה כולו המאפשר תמרון רב יותר. תוצאת הניסויים היתה ספינת אויר שקטה מאוד בעלת יכולת תמרון גבוהה מהקיים היום. מתקן זה יכול לשמש במקומות בהם יש צורך בצילום ומעקב שקטים למשל במופעי אומנות או במעקב אחר בעלי חיים בטבע.
לכתבה המלאה

אנרגיה סולארית בהשראת עין הזבוב

מבנה עין הזבוב מאפשר קליטת תמונה מזוית רחבה ביותר - ומהווה נדבך משמעותי במנגנוני ההשרדות של הזבוב. על בסיס מבנה מורכב זה, מפתחים מדענים עדשות לקליטת אור (לא רק אור השמש) מזוית רחבה.

האנושות מגיעה לשיא בניצול נפט ודלקים פוסיליים אחרים, בעוד על פי דו"ח מקינזי, 3 מליארד בני אדם עדיין נמצאים בחסר אנרגטי משמעותי. במקביל לאפקט ההתחממות הגלובלית והעליה הצפויה של 2.3% בדרישה לאנרגיה בעשור הקרוב, היום, יותר מתמיד, יש צורך במקור אנרגיה נקי מתחדש.
אחד ממקורות האנרגיה הזמינים והנקיים היא אנרגית השמש. אור השמש הוא מקור אנרגיה בלתי נדלה שיש ללמוד לנצלו ביעילות. בשנים האחרונות נעשים נסיונות רבים ליעל את השימוש באנרגיית השמש ולנצל יותר מ- 30% מהאור לאנרגיה. עלות יצור תאים פוטוולטאים מבוססי סיליקון עדיין גבוהה ומטרתם של מחקרים רבים היא:

• להרחיב את ניצול האור למשך זמן ארוך יותר ביממה
• להתמיר אור לאנרגיה ביעילות מירבית
• לצמצם את אפקט החזרת האור
• לנצל גם מקורות אנרגיה שאינם אור השמש כתאורת לד, תאורת רחוב וכל מקור אור בכל אורך גל.

עינו של לא אחר מאשר זבוב הבית (Musca domestica) היא מקור ההשראה לפיתוח מבנה עדשה חדשני לקליטת אורכי גל שונים של אור במערכות פוטוולטאיות.

תמונה באדיבות Knut Piwodda תחת רשיון GNU

מבנה העין של זבוב הבית, כפי שכל מי שניסה לתופסו יודע, מאפשר קליטת תמונה מזוית רחבה ביותר, זאת אודות למבנה מיקרוסקופי מורכב. אומנם תאים פוטוולטאים אינם מערכות אופטיות, אך ככל שזוית קליטת האור שלהם תהיה רחבה יותר, כזוית קליטת התמונה של הזבוב, יעילות ניצול האור, לא רק UV, תהיה גדולה יותר.
על בסיס מבנה עין הזבוב, פיתחו מדענים מארה"ב ומאיטליה (University of Salerno, University of Basilicata, Pennsylvania State University, ) עדשות מנסרה לשיפור הביצועים של תאי סיליקון סולארים. העדשות המצויות על פיסת הסיליקון במבנה מורכב, מאפשרות הגדלה משמעותית של החשיפה לאור.
בסימולציות הארה שונות, נמצא כי תכנון עדשות בהשראה ביולוגית יכולות לשפר באופן משמעותי את יכולת קליטת האור של תא הסיליקון הסולארי. רמת השיפור תלויה בחומר הנבחר לעדשות אלו וכן בתנאי הפעילות.
לכתבה המלאה

אורגניזם החודש - אצטרובל האורן

מאת: יעל הלפמן כהן

חום יולי אוגוסט, שמפתיע אותנו בעוצמתו כל שנה מחדש, והלחות הנלוות אליו, מסמנים לאצטרובל שאפשר כבר להיפתח. על בסיס מידע זה, פיתחו בחברת MMT Textiles בד נושם המגיב ללחות.

תמונה באדיבות Fir0002/flagstaffotos, בהתאם לרשיון GNU

לא רק אנחנו, גם אצטרובל האורן, הנפוץ באזורנו מגיב ללחות.
בעזרת הבנת מנגנון התגובה של האיצטרובל ללחות, אנו תקווה כי המעבר מאקלים לח ליבש יהיה בקרוב נוח יותר, וכתמי זיעה מביכים יהיו נחלת העבר.
כאשר הלחות באוויר עולה, האצטרובל הופך ליותר נקבובי ובכך מאפשר לאוויר להיכנס ולשחרר את הלחות שבתוכו. אפקט זה המכונה "אפקט האצטרובל" הועתק לפיתוח בד חכם המגיב ללחות.
בדים חכמים מגיבים לרוב לטמפרטורת הסביבה ולא ללחות. כאשר יש לחות, הבד מתנפח והנקבוביות בין הסיבים קטנות. כלומר, פחות אויר יכול לזרום דרך הבד, בדיוק כשצריך אוורור ליבוש מהיר של הזיעה. בהשראת "אפקט האצטרובל" פותח בד המתפקד כאצטרובל – לחות גורמת למרווחים בין סיבי הבד להתרחב ובכך מתאפשר אורור טוב יותר. יישומים של בד זה ניתן לראות בלבוש צבאי, כלי מיטה בבתי חולים, תחבושות לפצעים ועוד.
לכתבה המלאה

עטלפים ומערכות הנדסיות

מאת: יעל הלפמן כהן

יכולת הניווט של העטלף בלילה נתנה השראה למחקר ופיתוח של מערכות הנדסיות, שכמו העטלף, נעדרות יכולת ראיה. העטלף "רואה" באמצעות מערכת קול מתוחכמת אשר מיושמת במקל נחיה לעורים. במחקר המובא להלן, נמדדו אותות העטלף בצורה מדוייקת באמצעות חיישן מלאכותי מתקדם שהורכב על גב העטלף בזמן מעופו.

עטלפים מתמצאים במרחב באמצעות תהודה ולכן יכולים לעוף גם בסביבה חשוכה מבלי להתנגש בעצמים שסביבם. העטלף משדר אותות ומפענח מערכת מורכבת של אותות חופפים החוזרים ממספר עצמים ומשטחים, תוך התייחסות למרחב הזמן (משך הזמן משידור האות ועד חזרתו).
מאז שהתגלה ב 1944 שעטלפים מנווטים במרחב באמצעות תהודה, בוצעו מחקרים רבים בתחום. על מנת להבין את תהליך עיבוד האותות שמבצע העטלף יש לשמור ייצוג של האות היוצא בצורה מדויקת. הקלטות רגילות של אותות היוצאים מעטלפים בוצעו על-ידי שימוש במיקרופון סטטי המוחזק ביד, שיטה זו אינה מדויקת ואינה מאפשרת להבין את התהליך בצורה מלאה.
במחקר שפורסם לאחרונה על-ידי צוות חוקרים מאוניברסיטת גלזגו בוצעה הקלטה מדויקת שמאפשרת הבנה טובה יותר של מנגנון הניווט של העטלף. החוקרים יצרו חיישן שיכול להגיב לטווח רחב של אותות. החיישן האלחוטי הורכב על גבו של העטלף באמצעות סקוטש, כאשר האותות היוצאים והחוזרים הוקלטו בצורה מדויקת בזמן מעופו של העטלף.

במחקר עקבו אחר סוג מסוים של עטלף פירות ( Rousettus aegyptiacus) המייצר אותות על ידי נקישות הלשון. המחקר בוצע במרחב מסדרוני סגור. בהמשך שוחזר טווח האותות המלא במעבדה באמצעות מתמרים אלקטרוסטטיים.
היכולת להקליט אותות ביולוגיים בצורה מדויקת מאפשרת שילובם של אותות אלה במערכות הנדסיות, כמו מערכות למדידת מרחק, ניווט של רובוטים, ניווט תת מימי, הדמיה, אפיון חומרים ועוד.
פיתוחים של מוצרים בהשראת העטלף כבר קיימים בשוק וכוללים פיתוח של מקל נחייה לעיוורים "אולטרה מקל", השולח אותות על-קוליים המוחזרים מהעצמים שבדרך ומתריעים מפני מכשול באמצעות רטט.
הכתבה מתוך: Bioinspiration & Biomimetics