פינגווין טורפדו

מאת: זיו כהני

הביטוי "הליכת פינגווין" נתפס אצלנו כתיאור להליכה מצחיקה ומתנדנדת. אז אולי ככה הם הולכים על האדמה, אבל מתחת למים הפינגווינים מאוד מפתיעים בתנועה שלהם...

פלאביו נוצ'ה, מרצה לאווירודינמיקה במכונים הטכנולוגיים המובילים בשוויץ, חוקר את תנועת הפינגווינים לצורך פיתוח של טכנולוגיות הנעה תת מימיות יעילות יותר ומתוחכמות יותר.

בין השאר גילה נוצ'ה כי הפינגווינים מסוגלים לנוע מתחת למים כמו טילים קטנים, להגיע למהירות מ-0 עד 7 מ' לשנייה בתוך שנייה. למי שמנסים להבין מה זה אומר - מדובר בתאוצה מדהימה, בוודאי כשמדובר בפעולה תת ימית.

התמונה באדיבות Kils

בכנס של תחומי דינאמיקה של זורמים שמתקיים בימים אלה, מציג נוצ'ה דגם שפיתח ויוצר במעבדה. הדגם מציג למעשה מנגנון מכאני כדורי חדשני, המחקה את התנועה המשולבת של הכתף והכנף של הפינגווין. המנגנון ניתן לחיבור בקצהו של ציר מסתובב, ויכול לאפשר תנועה בעלת 3 דרגות חופש (תנועות סיבוביות הן בעלות 2 דרגות חופש בלבד), דבר שמאפשר את הגדלת טווח התנועה הסיבובית, ולמעשה מציג מכלול משופר של פרופלור.

כמובן שלצורך השגת מה שהפינגווין עושה בעיניים עצומות, החוקרים השקיעו מחשבה רבה וביצעו ניסויים רבים- המנגנון שיחקה את התנועה הזו של הפינגווין צריך לעמוד בעומסים מכאניים גדולים מאוד.

זאת עוד דוגמה לכך שיצור גמלוני, שמתנדנד כשהוא צועד על פני האדמה, משאיר מאחוריו שובל עשן, ובמקרה הזה בועות, כשהוא מתחת למים...

למקור הידיעה

רובוטיקה בהשראת חלזונות וצדפות

מאת: דפנה חיים לנגפורד

אורגניזמים טבעיים ומערכות הנדסיים התפתחו והתייעלו במטרה לבצע משימות שונות תחת מגבלות. אורגניזם התפתח כתוצאה מאילוצי הטבע ואילו מערכות הנדסיות התפתחו כתוצאה ממגבלות הפיזיקה ומאילוציה. מחקר על חלזונות וצדפות המתקיים ב MIT שבארה"ב מוכיח לנו שוב כי מנגנונים טבעיים שונים יעילים יותר ולפעמים אף אלגנטיים יותר מפתרונות הנדסיות.

לחלזונות יכולת תנועה לכל כיוון: אופקית, אנכית ואפילו במהופך. חלזונות יכולים לנוע על משטחים שונים כגון: חול, עצים, מרצפות, כבישים ואפילו זכוכית. אחת הסיבות לכך היא החומר הדביק המצוי על בטנם, אשר משמש כחומר סיכה חזק המקטין חיכוך במהלך תנועה.

בחיקוי המבנים הביולוגיים והטמעת עקרונותיהם במערכות רובוטיות, פיתחו החוקרים את רובוט החילזון, או ה RoboSnail, רובוט בעל יכולת טיפוס והידבקות לקירות אנכיים, וכן בעל יכולת זחילה הפוכה על תיקרות, בדומה למקור השראתו - החילזון. יכולות אלה יכולות לשמש באפליקציות רפואיות ואחרות.

אורגניזם נוסף שנחקר באותה מעבדה הוא הצדפה, בעלת יכולת מרשימה לחפירת מחילות. צדפה יכולה לחפור לעצמה מחילה בעומק 70 (!) ס"מ בחול. הרובוט צדפה, ה RoboClam שפותח בהשראת יכולת זו, מאפשר חפירה בעלות אנרגטית נמוכה יותר מהאנרגיה הדרושה בטכנולוגיות הקיימות היום.

החוקרים מצאו שבזמן החפירה, הצדפה נעה מעלה ומטה תוך כדי פתיחתה של הקונכייה וסגירתה, בכמעין רטט, וכך היא מסיטה בעקביות חול הצידה. פעולה זו מאפשרת תנועה מהירה בחול. מנגנון דומה יושם ברובוט הצדפה - רצף של ויברציות מאפשר שינוי מרקם קרקעית הים, ריכוך וחפירה קלה יותר פנימה.

בהשראת הצדפה יכולות מערכות חפירה רובוטיות לשמש כלים אוטומטיים קלים וזולים, המשתלבים עם צוללות רובוטיות, ואפילו כלי עזר לקידוחי נפט ולחפירות תת ימיות אחרות.

מהנדסים בכל העולם חוקרים חרקים, דגים, צבים ומינים שונים, על מנת לקבל מהם השראה לפיתוח רובוטים יעילים יותר, קטנים יותר ויעודיים יותר. חיקוי אורגניזם יכול לסייע בייעול תהליכים ביישומים שונים, תוך הקטנת הנטל האנרגטי.

בחיקוי מערכות ביולוגיות חשוב מאוד לא רק לחקות את המבנה והתצורה, אלא בעיקר להבין את הביולוגיה של המכניזם הנחקר, על מנת לחקות את התכונות המשמעותיות ביותר. הבנה מעמיקה של מנגנוני התנועה הביולוגיים תתרום כלים חדשים ומרגשים למהנדסי המכונות בדרכם לפתח את רובוטי העתיד.

מקור הידיעה

חדש(נ)ות מהטבע אוקטובר 2013

קוראים יקרים שלום,

החודש התקיימה ועידת התקינה הביומימטית במכון התקנים UNMZ בפראג. בעבר דיווחנו לכם על התהליך ועל מטרתו לגבש גוף ידע מוצק וקוהרנטי, שיגדיר מושגי יסוד, גבולות, ותהליכים נדרשים לגיבוש תחום הביומימיקרי כדיסציפלינה מדעית. יו"ר ומנכ"ל ארגון הביומימיקרי הישראלי ייצגו את ישראל והשתתפו בוועדת הטרמינולוגיה ובוועדת בניית מילון מונחים (Thesaurus) שיאפשר חיבור של ידע ביולוגי וטכנולוגי. פעילות הוועדה הביומימטית זכתה לסיקור גם במגזין  של מכון התקנים העולמי. (ע"מ 25).

החודש פתחנו חלון לתעשייה באמצעות ראיון שערכנו עם חברת צוות בקבוצה הביונית של  Festo. כמו כן בחרנו להרחיב על רגלי הצפרדעים, תעופת האלבטרוסים והעין האנושית כמקור לחדשנות ביומימטית.  

חברות וארגונים המעוניינים להזמין הרצאה או סדנא מוזמנים לפנות אלינו במייל. info@biomimicry.org.il
ההרצאות חושפות את הקהל לתחום הביומימיקרי כמקור לחדשנות סביבתית ומעוררות סקרנות ועניין רב.

בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

מבט לתעשייה- חדשנות ביומימטית בחברת Festo

מאת: יעל הלפמן כהן

חברתFesto   ידועה במספר פיתוחים ביומימטיים,  ביניהם זרוע ביונית בהשראת החדק של הפיל וציפור ביונית המחקה את תנועת השחף. על פיתוחים אלה כתבנו בעבר. החודש בחרנו לראיין את ד"ר נינה גייסרט, שהיא ביולוגית החברה בקבוצת הפיתוח הביונית של חברת פסטו (Bionic leaning (network, במטרה להבין מהו מודל העבודה המנחה את הקבוצה.

-          מהו הרכב הקבוצה וכמה חברים היא מונה?

         בקבוצה חברים חמישה אנשי צוות ושלושה סטודנטים. הרכב הקבוצה מבטא את אופיו המולטי-דיסציפלינרי של תחום הביומימיקרי. הקבוצה כוללת מעצב, מהנדס, איש IT, ביולוגית ואיש אדמינסטרציה. הקבוצה מחפשת תמיד שותפים נוספים מן האקדמיה, ממרכזי מחקר או מחברות חדשניות לקידום הפרויקטים שלה.

-          מהן מטרות הקבוצה?

         הקבוצה עובדת על חמישה פרויקטים בו-זמנית. הפרויקטים אינם מיועדים למכירה, ולהם שלוש מטרות עיקריות:

1.      בחינת היתכנות של טכנולוגיות חדשות - הפרויקטים מאפשרים בדיקה של טכנולוגיות חדשות המעניינות את החברה. כך, למשל, בפרויקט ה-  bionicOpter, בניית הליקופטר ביוני המחקה את מבנה השפירית, נבחנה טכנולוגיה של electrical mussels. הידע הנצבר בפרוייקטים מועבר בהמשך למחלקת R&D   של החברה.

2.      בניית תדמית חדשנית - הפרויקטים מוצגים אחת לשנה ביריד האנובר לחדשנות טכנולוגית, ונסקרים במגזינים שונים. הפרויקטים יוצרים עניין בקרב לקוחות ועובדים פוטנציאליים. הפרויקטים ממצבים את החברה כחברה חדשנית, המסוגלת לספק פתרונות חדשניים ללקוחותיה.

3.      אחריות חברתית - הפרויקטים נועדו להלהיב צעירים ולמשוך אותם ללמוד טכנולוגיה ומדעים.

                       BionicOpter -   באדיבות חברת Festo בעלת זכויות היוצרים

-          כיצד מתקבלת הקבוצה בתוך החברה?

         הקבוצה הייתה מבודדת בתחילה, ופחות הוערכה בחברה. עם הזמן למדה הקבוצה לעבוד בשיתוף פעולה עם מחלקות שונות בחברה. כך למשל עובדת החברה עם מחלקת הפיתוח (מעבירה לה ידע ונעזרת בה), עם מחלקת IT לביצוע סימולציות ועם מחלקת 3D להדפסת אבי-טיפוס של הפרויקטים הנמצאים בשלבי הפיתוח.

-          מהן התגובות שאתם מקבלים מהתעשיה?

         תגובות נלהבות. החברה אכן נתפסת כחדשנית. גם העובדים גאים לעבוד בחברה כזו.

-          איך נבחרים הפרויקטים?

          הצעות לפרויקטים מגיעות מכמה מקורות. ממנהלים בחברה, מעמיתים, מחברי הצוות עצמם, מהסטודנטים, ומאנשי אקדמיה. במקביל נבדקת ההתאמה של הפרויקט המוצע לטכנולוגיות שרוצים לבדוק, למסרים שרוצים להעביר, לעיתוי הכללי ולתמהיל המוצרים הקיים.

-          כמה זמן עובדים על כל פרויקט?

           על כל פרויקט עובדים כשנתיים. בסיומן מועבר הידע הטכנולוגי שנצבר למחלקת הפיתוח.

-          כיצד מתנהלת העבודה בצוות רב תחומי?

        אנחנו חולקים משרד אחד ויש ביננו תקשורת רציפה. בכל התהליך כל גורם מזין ומגיב לאחרים. כך למשל בפרויקט ה bionicopter התחלתי במחקר ביולוגי על תנועת השפירית. במקביל עשה המהנדס מחקר קינטי, ואשת ה- IT ערכה סימולציות. העיצוב הראשוני של הכנפיים כלל כנפיים הנמצאות זו מעל זו. בהמשך תוקן העיצוב וחיקה את מבנה הכנפיים הרוחבי של השפירית. בשלב זה נתקלנו בבעיה של ויברציות וחזרנו לבצע מחקר על התנועה כדי להבין כיצד נמנעות ויברציות בתנועת השפירית, וגילינו שהשפירית מניעה את כנפיה בתנועה גלית. כך, תוך שיתוף פעולה בין חברי הצוות, הגענו לתכנון הסופי של הפרויקט.

אנו מאחלים לחברת Festo  הצלחה ומקווים שמודל הצוות הביוני הייחודי, המשלב אנשים מדיסציפלינות שונות, יהווה מקור השראה לקבוצות עבודה נוספות בעולם.

מנפלאות הצפרדע - הצמדה בסביבה רטובה

מאת: אופיר מרום

מה אפשר ללמוד מצפרדעים המסוגלות להישאר צמודות למשטחים חלקים ורטובים?

מינים רבים של צפרדעים התפתחו, במקומות שונים בעולם, כך שיתאימו לחיים בסביבה של מים זורמים. צפרדעים השייכות לקבוצה זו נקראות Torrent frogs. למרות שאין קשר ישיר בין מינים אלה אפשר למצוא סממנים אופייניים שפיתחו הצפרדעים כדי להתמודד בסביבה שוצפת מים. אחד המאפיינים עניין במיוחד את ד"ר תומס אנדליין (Thomas Endlein) ואת צוות החוקרים מאוניברסיטת גלאזגו שבסקוטלנד. מסתבר שצפרדעים אלה מציגות יכולת מדהימה לטיפוס בסביבות רטובות ליד מפלי מים, במקומות שבהם צפרדעים רגילות היו נסחפות בזרם. כדי להבין כיצד הן עושות זאת השוו החוקרים בין צפרדעים אלה לבין צפרדעים החיות בעיקר על עצים.

צפרדעים שחיות על עצים מסוגלות לטפס על משטחים חלקים בזכות הכוחות הקפילאריים, הנובעים מממשק אוויר-נוזל סביב כריות האצבע שלהם. לעומתן, הצפרדעים שחקר ד"ר אנדליין מסוגלות לטפס על משטחים גם בסביבה רטובה, שם הכוחות הקפילריים אינם אפקטיביים. לצורך מחקר זה נבחר מין מסוים של צפרדע מכל סוג, Harlequin Tree frog , החיה על עצים ו- Black-spotted Rock frog אותה אפשר למצוא יושבת על סלעים בסביבת נחלים ומפלים.

                                    תמונה מאת   Endlein et al.תחת CC 2.5

בניסוי נבדקה יכולת שני המינים להיצמד למשטח בשיפועים שונים וברמות חספוס וזרימת מים משתנות. על גבי משטחים יבשים וחלקים, הציגו שני מיני צפרדעים יכולת היצמדות דומה. לעומת זאת, כאשר הוזרמו מים על פני המשטח הייתה ל- Black-spotted Rock frog יכולת הצמדות טובה יותר באופן משמעותי, גם כאשר הזרימה הייתה איטית וגם כשהייתה מהירה. צפרדע זו אף נשארה צמודה למשטח בתנאים בהן כריות האצבע שלה היו שקועות במים, כך שלכאורה מתבטל המניסקוס הגורם לכוחות המשיכה הקפילריים. בהמשך הניסוי נמצא ששני מיני הצפרדעים נצמדים למשטח לא רק באמצעות כריות האצבעות אלא גם בעזרת חלקים גדולים של הבטן והירך הפנימית. עם עליית שיפוע המשטח, נמצא שה- Black-spotted Rock frog מגדילה את אזורי המגע שלה עם המשטח ואילו אצל הצפרדע השנייה מתרחש תהליך הפוך, בו הבטן והירכיים מתנתקות ככל שהשיפוע גדל. בבחינת הכוחות הפועלים על פני העור של הצפרדעים לא נמצא הבדל משמעותי בין שני המינים, ועובדה זאת הביאה את החוקרים למסקנה שההבדל ביכולת ההצמדות נובע בעיקר מהגדלת שטח הגוף שבא במגע עם המשטח. בנוסף, תמונות SEM  של מבנה העור בצפרדעי ה- Black-spotted Rock frog חשפו תאים מוארכים מעט בפריפריה של רפידות הבוהן, עם תעלות ישרות ביניהם, שיכולות להקל על ניקוז של נוזלים עודפים מתחת לכריות.

החוקרים מקווים שהמסקנות ממחקר זה יהוו השראה לפיתוח התקנים שיעזרו לבני אדם שעובדים בסביבת עבודה רטובה, הדומה לסביבת החיים של הצפרדעים.

 

למקור הידיעה

מקור נוסף