מה יכול זבוב הפירות להריח?

מאת: אופיר מרום

מדעני המוח הופתעו לגלות כי "האף" של זבובי פירות יכול לזהות ריחות של סמים וחומרי נפץ, כמעט בדיוק כמו ריחות של המזון האהוב עליהם.

"אפים" אלקטרונים מבקשים לחקות את חוש הריח המפותח אצל בעלי החיים, המסוגל לסווג תערובות מורכבות של חומרים באוויר לקטגוריות משמעותיות. לאפים אלקטרוניים שזמינים כיום באופן מסחרי יש 18-2 חיישנים (בעיקר חיישני תחמוצת מתכת) מוטבעים בתוכם, ואילו לרוב החרקים יש בין 300-50 חיישנים ביולוגיים, אשר יכולים לפעול ברזולוציה של אלפיות שנייה - עד 1,000 פעמים מהר יותר מאשר חיישני תחמוצת מתכת .  

חוש הריח המפותח של זבוב הפירות מאפשר לו לנווט במרחב, ולהגיע ממרחק רב בדיוק אל מקור המזון החביב עליו. אך האם הוא מסוגל לזהות באותו דיוק גם חומרים שאינם "מעניינים" אותו? במסגרת מחקר שבוצע באוניברסיטת Sussex, תעדו החוקרים כיצד הגיבו 20 סוגים שונים של קולטני ריח, שמהווים חלק ממערכת ההרחה של זבוב הפירות, כאשר נחשפו לכ-36 כימיקלים הקשורים ליין (ריחות המאפיינים פירות שתססו, חלק משמעותי בתזונה של זבוב הפירות) ול-35 כימיקלים הקשורים לחומרים תעשייתיים מסוכנים. החוקרים מדדו את התגובה החשמלית שמתקבלת מתאי העצב של זבוב הפירות כדי לראות אילו כימיקלים השרו את התגובה החזקה ביותר. לאחר מכן השתמשו החוקרים בתוכנת מחשב כדי לדמות את החלק במוח של הזבוב המשמש לזיהוי, כדי להראות שתגובות שנקלטו הכילו מספיק מידע כדי לזהות ריחות. הדיוק הטוב ביותר בזיהוי החומרים הושג כאשר נעשה שימוש בכל 20 הקולטנים; עם זאת, ע"י שימוש ב-10 או ב-11 קולטנים בלבד ניתן היה לקבל זיהוי נכון של הכימיקל הנבדק בכ- 90% מהמפעמים. לכאורה, חומרים תעשייתיים אלה אינם חיוניים להישרדותו של זבוב הפירות, לכן אפשר להניח שמערכת ההרחה שלו לא התפתחה באופן ספציפי כדי לזהות אותם. אולם, בניגוד לצפיות החוקרים, באמצעות קולטני הריח של זבוב הפירות ניתן היה לזהות בדיוק רב גם את החומרים התעשייתיים.  

המטרה ארוכת הטווח של המחקר היא "לשחזר" אפים של בעלי-חיים עבור יישומים טכניים כגון: זיהוי של חומרי נפץ, נשק כימי, תרופות, מזון מקולקל ועוד מגוון רחב של תרחישים, הדורשים מדידה של מולקולות קטנות באוויר. אולם, לדברי החוקרים, ייצור מחדש של כל האף יהיה מסובך מדי. סביר יותר שניתן יהיה לייצר התקן עם מספר מצומצם של חיישנים. תוצאות המחקר מצביעות על כך שגם התקן חישה המבוסס על כעשרה סוגים של קולטנים יכול לעבוד (מתוך כ- 42 סוגים שונים אצל זבוב הפירות או מתוך כמה מאות אצל כלבים) וכן מצביעות תוצאות המחקר לאילו סוגי חיישנים סבירות גבוהה להתאים לכך.

למקור הידיעה

סיכום הכנס השני לביומימיקרי - אקדמיה ותעשייה

מאת: יעל הלפמן כהן

החודש התקיים "הכנס השני לביומימקרי - אקדמיה ותעשייה" בבית הספר ללימודי הסביבה ע"ש פורטר שבאוניברסיטת תל אביב. הכנס מתקיים זו השנה השנייה בשיתוף לשכת המהנדסים, המעבדה לביומימיקרי בביה"ס ללימודי הסביבה ע"ש פורטר באוניברסיטת תל אביב, וארגון הביומימיקרי הישראלי. בכנס נכחו כ- 200 איש, ומטרתו לגבש קהילה מקצועית שעוסקת במחקר וביישום של תחום הביומימיקרי, ולקדם שיתוף פעולה בין האקדמיה לתעשייה. הכנס ייחודי גם ברמה עולמית, בהיותו פלטפורמה המקשרת בין אקדמיה והתעשייה.

המושב הראשון של הכנס, שעסק במחקרים אקדמיים, נפתח בהרצאתה של ד"ר יעל זילברשטין-קרא, מהמחלקה לנוירו ביולוגיה במכון ויצמן, בנושא: מערכת חישה המבוססת על עקרונות ביומימטיים המקדמים תהליכי תפיסה ואימון חושי. מר אלדד אסא, דוקטורנט במחלקה לנוירו ביולוגיה במכון ויצמן הציג מחקר שעסק אף הוא בתהליכי תפיסה, אך הדגים כיצד למדל תהליכי תפיסה במעגל סגור, וכיצד ניתן להשתמש בהם ביישומים רובוטיים. היבט נוסף של מידול רשת עצבית הודגם על ידי הגב' אורלי רחמינוב, שהציגה את פרויקט מוח העטלף, החותר לייצר רשת עצבית בעלת אינטליגנציה מלאכותית, המבוססת על מנגנון ההתמצאות במרחב של העטלף בעזרת תהודה קולית (אקולוקציה). ד"ר גבור קושה מביה"ס להנדסה מכאנית באוניברסיטת תל אביב הציג מגוון פרויקטים ביומימטיים רובוטיים, ביניהם מחקר נוסף המחקה את יכולת ההתמצאות של העטלף ביישומים חקלאיים שונים, למשל: זיהוי פלפלים ירוקים בשדה ירוק בזמן הקטיף.

המושב השני של הכנס, שעסק אף הוא במחקרים אקדמיים, נפתח בהרצאתה של ד"ר יעל הלפמן כהן, מנכ"ל ארגון הביומימיקרי ומנהלת המעבדה לביומימיקרי באוניברסיטת תל אביב, שהציגה את שיטת התכן הביומימטית המבנית, המבוססת על מבנים חוזרים בטבע ויכולות מידול והפשטה מתחום ה- . TRIZ השיטה נתמכת על ידי בסיס הנתונים Find Structure, המאפשר חיפוש פתרונות ביולוגיים הממודלים לפי מבנים ופונקציות. מבנה מעניין נוסף שנדון בהרחבה הוא מבנה הטנסגריטי, מסבך המורכב מכבלים ותומכנים, שנעשה בו שימוש אדריכלי עוד לפני שנחקר בטבע, אך הבנתו הועמקה לאחר חקר של מבנים אלו בטבע. מר דניאל כהן מביה"ס להנדסה מכאנית באוניברסיטת תל אביב, הציג את מחקרו אודות שיטת בקרה למבני טנסגריטי, היכולים לחוש את סביבתם. שני המחקרים האחרונים במושב זה עסקו בחרקים סוציאליים ובנחילים. גב' לולה אלון, מהפקולטה להנדסה אזרחית והנדסת סביבה בטכניון, הציגה עקרונות שזוהו בהליכי בניה של חרקים סוציאליים כמו נמלים, המאופיינים בארגון עצמי ובהעדר שלטון מרכזי, ודנה ביכולת שלהם להשפיע על תעשיית הבנייה האנושית. מר גיל סגל, סטודנט לתואר שני בפקולטה להנדסה מכאנית, הציג תובנות מנחיל הארבה, המצטיין בתנועה מתואמת באופן יוצא דופן. במחקר שהוצג ניסו החוקרים להבין כיצד מתורגמת התנהגות של כל פרט להתנהגות קולקטיבית של הנחיל, לצד - כמו תמיד - יישומים אפשריים לתובנות הנלמדות.
המושב השלישי של הכנס עסק ביישומים ביומימטיים בתעשייה. הוא נפתח בהרצאה של האדריכל מוטי בודק, שהציג מגוון פרויקטים אדריכליים השואבים את השראתם ממערכות שלדיות ומבניות הקיימות בטבע, ומהוות מודל למעטפות קונסטרוקטיביות גמישות, יציבות ויעילות. דורון בן עמי, מנכ"ל טריטקום, הציג  צנתר חדשני לטיפול בשבץ מוחי איסכמי (חסימתי). הצנתר תוכנן בהשראת עקרונות מהטבע ומיוצר מחומרים חומרים ידידותיים, שנועדו להבטיח תפעול פשוט למטפל, יעילות גבוהה בפתיחת החסימה, מהירות בטיפול ובטיחות גבוהה למטופל. מר תומר פוקס, מנכ"ל חברת סילנטיס, הציג דבק רקמות ביומימטי נטול חלבונים, נספג בגוף, ידידותי לגוף ובעל כושר ספיחת נוזלים, המיועד למגוון רחב של אינדיקציות רפואיות. הדבק מבוסס על מנגנון ההדבקה של אצות ים, הנדבקות למשטחים שונים בסביבה של כוחות חזקים. את המושב חתמה הרצאתה של ד"ר דפנה חיים לנגפורד, יו"ר ארגון הביומימיקרי הישראלי, שנתנה מבט חדש ומרענן על אסטרטגיות עסקיות. תהליכים של אבולוציה וקו-אבולוציה (אבולוציה משותפת) במערכות טבעיות תורמים להבנת תהליכים אנלוגיים בעולם העסקי. מגוון דוגמאות של חדשנות  טכנולוגית עסקית הוצגו בראי של תהליכי אבולוציה משותפת.
הכנס נחתם בהצגת אבני דרך משמעותיות בקידומו של תחום הביומימיקרי ברמה העולמית: הפקדת תקני ISO ביומימטיים, פתיחת מרכזים אקדמיים בעולם, גידול במספר הפטנטים ותכניות חינוך חדשות. לסיום הוזכרו מחקרים ביומימטיים בתחום של הדפסה תלת ממדית ופוטוסינתזה מלאכותית, מחקרים שעשויים לשנות את עתידנו, והשאירו אותנו עם ציפייה לבאות.

לאתר הכנס

חדש(נ)ות מהטבע אוקטובר 2015

קוראים יקרים שלום,

החודש האחרון היה עמוס בפעילויות וארועים בארץ ובחו"ל וחודש עמוס לא פחות לפנינו. לצערנו הרב, ההרשמה ל"כנס השני לביומימקרי-אקדמיה ותעשייה" (19.11.15) הסתיימה.
כנס נוסף המיועד לחשיפת תחום הביומימיקרי לארגונים יתקיים ב- 11.11.15.
לפרטים והרשמה:  info@biomimicry.org.il

החודש נדווח על הכנס"הנדסה וניאוביומימטיקה" ועל ועדת התקינה הביומימטית שהתקיימו ביפן. בנוסף, נרחיב על רובוט בהשראת הערפד המצוי ועל הקשר בין פילים לתרופה למחלת הסרטן.

בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

ביומימיקרי ביפן: ועידת Engineering Neo-Biomimetics VI

מאת: יעל הלפמן כהן

ביפן חלה תכונה רבה בשדה הביומימטי בשנים האחרונות. ישנו גידול במספר הפרסומים, במספר הספרים והדיווחים בתקשורת, וניכר ענין הולך וגובר מצד התעשייה. בין הפיתוחים הביומימטיים המפורסמים מבית היוצר של יפן בדים מחליפי צבעים בהשראת אפקט המורפו וזריקה שאינה כואבת. לצד הפעילות האקדמית ביפן, פועל ארגון מקביל לארגון הביומימיקרי הישראלי, הנקרא Ask Nature Japan .

החודש, בסמיכות לפעילותה של ועידת התקינה הביומימטית ביפן, התקיימה ביפן הועידה החמישית להנדסה וניאו-ביומימטיקה. בכנס הוצגו מחקרים ביומימטיים מהעולם ובעיקר מיפן.

להלן כמה מחקרים בולטים שהוצגו:

ü     טכנולוגיות הצמדה ביומימטיות – הצורך בשיטות חיבור שיאפשרו גם ניתוק לצרכי מחזור הוביל קבוצת מחקר יפנית להתמקד ברגלי חרקים כמו זבובים וחיפושיות. הרגליים מכוסות בשערות בגודל של מיקרונים בודדים, שבזכותן מתאפשרת הצמדה מהירה למשטחים וניתוק מהיר מהם. קבוצת החוקרים גילתה חיפושית עלים, בעלת יכולת מופלאה ללכת על משטח מוצק מתחת למים. מנגנון ההצמדה מתחת למים קשור לבועות אוויר הלכודות בין השערות במשטח הרגל. בהשראת מנגנון זה פיתחה קבוצת המחקר משטח סיליקון בעל יכולת הצמדה מתחת למים. 

"Leaf Beetle (Gastrophysa viridula) - male"*

 ü     טכנולוגיה לשימור תאים בסביבה יבשה בהשראת מנגנון הייבוש של זחל אפריקאי-  בעלי חיים מסוימים מתייבשים לחלוטין בתנאים מסוימים ונותרים ללא סימני חיים, אך למרות זאת מצליחים לחזור לחיים. אחד מהם הוא זחל השוכן באפריקה במאגרי מים זמניים. קבוצת חוקרים חקרה את מנגנון ההתייבשות והתחיה שלו, ומצאה מספר מולקולות האחראיות לכושר הסבילות הקיצוני ליובש, וליכולת ההשתקמות. כעת מנסה הקבוצה לפתח שיטת שימור תאים בהשראת מנגנון זה. בשלב זה יש יכולת לשמר את התאים ל- 200 יום בטמפ' החדר ובסביבה יבשה.  

ü     כלכלה מעגלית: מאשפת קפה למזון משובח - אשפת קפה נאספת ומשמשת לייצור פטריות באיכות גבוהה, אשר נמכרות כמזון למסעדות. בשלב זה נבחנים סוגים נוספים של אשפה אורגנית ונבחנים תהליכי ייצור נוספים. האשפה בתהליך הייצור של הפטריות נבדקת כאמצעי לטיפול באדמות מזוהמות. התוצאות הראשונות מבטיחות. בשלב האחרון מתוכנן מחזור המכלים ששימשו לייצור הפטריות להשלמת התהליך המעגלי.

בכנס הציגה ד"ר יעל הלפמן כהן, מנכ"ל ארגון הביומימיקרי הישראלי, את שיטת התכנון הביומימטית המבנית, שיטת תכנון ביומימטית המבוססת על מבנים חוזרים בטבע, ושיטות הפשטה מתקדמות מתחום ה- TRIZ.

לאתר הכנס

*Sandy Rae  Wikimedia Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Leaf_Beetle_(Gastrophysa_viridula)_-_male.jpg#/media/File:Leaf_Beetle_ (Gastrophysa_viridula)_-_male.jpg

ועדת התקינה הביומימיטית הבינלאומית, קיוטו, יפן

מאת: יעל הלפמן כהן

החודש התכנסה ועדת התקינה הביומימטית בקיוטו שביפן. הועדה אמונה על כתיבת תקן לתחום הביומימטיקה ופועלת משנת 2012. בוועדה חברות 10 מדינות פעילות, ובהן ישראל המיוצגת על ידי יו"ר ארגון הביומימיקרי הישראלי, ד"ר דפנה חיים לנגפורד, ומנכ"ל הארגון, ד"ר יעל הלפמן כהן, ועוד 14 מדינות משקיפות, שלהן אין זכות הצבעה.

לאחר כארבע שנים של עבודה, המבוססת על שיתוף ידע בין מדינות שונות בעולם, סיימו שתי קבוצות עבודה את תפקידן, והתקנים שנכתבו הופקדו ומוצעים כעת למכירה במשרדי מכוני התקנים בעולם.

התקן הראשון שהופקד,,ISO / DIS 18458 "ביומימטיקה - טרמינולוגיה, מושגים ומתודולוגיה", עוסק  בהגדרת מושגי היסוד והטרמינולוגיה של התחום, ומשרטט את הגבולות בינו ובין דיסציפלינות קרובות. הכלי המרכזי המוצע בתקן זה הוא מדד, המאבחן האם מקרה נדון הוא ביומימטי או לא בהתבסס על קיומם של  שלושה מרכיבים: מערכת ביולוגית, הפשטה של הפתרון הביולוגי, והעברה ליישום. בהעדר אחד ממרכיבים אלו, המקרה הנדון לא נחשב ביומימטי. התקן עשיר בתיאורי מקרה הנדונים על פי מדד זה.

התקן השני שהופקד, ,ISO / DIS 18459 "ביומימטיקה – אופטימיזציה מבנית", עוסק באופטימיזציה של מבנים בהקשר ביומימטי.  התקן מציע כלי אופטימיזציה ממוחשבים לתכנון אופטימלי של רכיבי המערכת, על ידי מקסום שלהם, או על ידי מזעורם.  

שתי קבוצות עבודה של ועדת התקינה עדיין פעילות, ונמצאות בשלבי כתיבה ופיתוח של תקנים. אחת הקבוצות עוסקת בפיתוח תשתית להעברת ידע בין תחום הביולוגיה ותחום ההנדסה, על מנת לגשר על הפער בין התחומים. הקבוצה מגדירה תקן לפיתוח אונטולוגיה לתחום הביומימטיקה. {אונטולוגיה היא אוסף המושגים והקשרים ביניהם, כלומר מושגים מתחום הביולוגיה ומתחום ההנדסה והקשרים ביניהם תוך התייחסות לביומימטיקה}. 

בפגישת ועידת התקינה ביפן נדונו הצעות לקבוצות עבודה חדשות: (1)  ביומימיקרי וקיימות (2) כלי להערכת פרויקטים ביומימטיים. טרם התקבלה החלטה על פתיחת קבוצות אלו.

ועדת התקינה הביומימטית היא במה לדיון ולהחלפת ידע בין מומחים בעולם. היא מהווה חלק חשוב בגיבוש תחום הביומימטיקה כדיסציפלינה מדעית בהירה ובעלת תשתיות ידע מוצקות. התקנים מתעדים את בסיס הידע הקיים, והם נועדו לתמוך במהנדסים ובמתכננים העוסקים ביישום של תהליכי תכנון ביומימטיים.

ישיבת הועדה ננעלה ב- 21 באוקטובר.

למידע נוסף