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 ינואר 2018


קוראים יקרים שלום,

הרשמה לקורס ביומימיקרי בשיתוף לשכת המהנדסים לקראת סיום. הקורס יפתח ב- 14.02.18 !
 לראשונה הקורס מוכר לגמול השתלמות !     קישור לסילבוס והרשמה.

 



החודש נרחיב על עכביש ממין ,הקופצן הטווסי, כמקור השראה לפיתוח טכנולוגיות בתחום האופטיקה, על מנגנון חישת כימיקלים של סרטני הבוץ המזמן חדשנות בתחום החישה בסביבה חשוכה, ועל משאבה שפותחה בהשראת מערכת מחזור הלב והדם של הדג לצורך אספקת אנרגיה לתאים מיקרוביולוגיים.
מזכירים כי הכנס השנתי ל"ביומימיקרי- אקדמיה ותעשייה" יתקיים השנה ככנס בינלאומי ב- 14.06.18, באוניברסיטת תל אביב. שמרו את התאריך.




בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי השראלי 

קפיצה ססגונית

אמיר גילדור
 
בטנו הססגונית של עכביש ממין 'הקופצן הטווסי' התגלתה כמקור השראה אפשרי לפיתוח טכנולוגיות חדשות בתחום האופטיקה.
 

בטנו של עכביש ממין 'הקופצן הטווסי' מחזירה אור בכל צבעי הקשת, הנראה לעין בדוגמאות ססגוניות, שנועדו למשוך נקבות. המבנה של רכיב החזרת האור על בטן העכביש יכול להוות מקור השראה לפיתוחים בתחום האופטיקה.

העכביש הזעיר (אורכו כ-2.5 מילימטר) מהמין 'קופצן טווסי' ( (Maratus robinsoni, שמקורו באוסטרליה, מוכר כבעל צבעוניות ייחודית. זאת הודות לקשקשים על בטנו, אשר מחזירים אור בכל אורכי הגל הנראים לעין ויוצרים דפוס ססגוני, שנועד ככל הנראה למשוך נקבות בתהליך החיזור. תכונה זו של 'הקופצן הטווסי', קרי, החזרה של כל אורכי הגל, אינה מוכרת באף יצור חי אחר. במטרה להבין כיצד נוצרת הצבעוניות הייחודית הוקם צוות מחקר בין-לאומי, שהורכב מביולוגים, פיזיקאים ומהנדסים, אשר בחן את המבנה המרחבי ואת התפקוד האופטי של קשקשי העכביש.
 
                                 
                                              תמונה מאת Jürgen Otto תחת רישיון CC
 

הבחינה האופטית והמבנית של הקשקשים העלתה כי הם יוצרים מבנה תלת-ממדי מתוחכם, המאפשר שבירה של האור בזוויות קטנות והפרדה שלו לכל צבעי הקשת. הקשקשים דומים בצורתם לכנף, והם כוללים רכיבים ננומטריים המחזירים את האור לצד רכיבים שאינם מחזירי אור, התורמים להפרדה הברורה בין הגוונים השונים.

בהשראת המבנה שהתגלה, החוקרים בנו כמה מודלים שונים ובדקו את התכונות האופטיות שלהם. נמצא שהמבנה אשר חיקה באופן המדויק ביותר את המבנה הטבעי של קשקשי העכביש היה בעל תכונות אופטיות דומות לו. זאת בניגוד לשאר המבנים, אשר נבנו לאור השיטות האופטיות המקובלות, אך לא הצליחו כלל לשחזר את איכויות ההחזרה הטבעיות של העכביש.

המבנה הטבעי של קשקשי 'הקופצן הטווסי' מהווה מקור השראה אפשרי לשיפור הטכנולוגיות האופטיות המקובלות שאינן מאפשרות שבירה של האור באופן זה. למעשה, ממצאי המחקר עשויים לאפשר פיתוח טכנולוגיות חדשות בתחום האופטיקה ולמזער כלים ורכיבים קיימים למשימות שבהן נדרשות אריזות קטנות במיוחד, לדוגמה, עבור משימות בחלל.
 

 

על סרטנים בחשיכה ומנגנון חישה

אור עמר

מנגנון חישה של כימיקלים, המאפשר לסרטני הבוץ לחמוק מסרטנים כחולים, מזמן חדשנות טכנולוגית בתחום החישה בסביבה חשוכה.

בשפכים שמחוץ לחופי ג'ורג'יה המים כה עכורים עד שאם תצללו שם, לא תראו אפילו את היד שלכם. בחסות אפלת המקום, סרטנים כחולים ניזונים מסרטני בוץ, צדפות, דגים ועוד. בסביבה החשוכה הזאת, שבה סרטן זולל סרטן, סרטני בוץ, שגודלם לא עולה על זה של קצה אגודל, מנסים להתרחק מהסרטנים הכחולים כמו מאש, וכשאי אפשר לראות מאום, הדרך היחידה לשרוד היא להריח. כימיקלים בשתן של הסרטן הכחול מבשרים גזר דין מוות לסרטני הבוץ. המסר ברור – תיחבא או שיאכלו אותך.
"ככל הנראה, סרטנים כחולים לא רוצים לשלוח את המסר הזה, אבל הם לא יכולים להתאפק. כולנו צריכים להתפנות", אומרת ד"ר ג'וליה קובנק (Julia Kubanek), אקולוגית כימית-ימית במכון ג'ורג'יה לטכנולוגיה (Georgia Institute of Technology).


                     סרטן הבוץ - תמונה מאת Anirnoy תחת רישיון CC 4.0

מתוך שש מאות כימיקלים שמופרשים בשתן הסרטן הכחול, שניים בלבד מאותתים אודות סכנה לסרטני הבוץ. הכימיקלים האלה נוצרים כשהסרטנים הכחולים מפרקים את ארוחתם, והם חזקים במיוחד כשסעודתם האחרונה היא סרטן בוץ. המערכת התת-ימית והבלתי נראית הזאת להעברת ההודעות היא בעלת השפעה רחבת היקף. די בשתן של סרטן כחול אחד שאכל סרטן בוץ אחד בשפך מסוים, כדי לשנות את האינטראקציות בשרשרת המזון במערכה האקולוגית התת-ימית.
ד"ר קובנק ועמיתיה חקרו את מנגנון החישה בעזרת טכניקה חדשה בשם מטבולומיה – השוואה בין פרופילים כימיקליים. החוקרים האכילו סרטנים כחולים במזונות דיאטטיים שונים שהתפרקו לדגימות שתן. הם הוציאו מכל אחת מהדגימות רמת איום ופרופיל כימי ייחודי. כדי לקבל הערכה לרמת האיום, החוקרים הכניסו חסילונים למֵכל של סרטני בוץ. לאחר מכן הם בדקו איזו דגימת שתן גורמת לסרטני הבוץ לאכול פחות חסילונים ולהסתתר יותר. כך זיהו החוקרים מאפיינים כימיים שונים שנכחו בדגימות שהניבו את רמת האיום הגבוהה ביותר.
ההבנה שהאינטראקציות בין טורפים לקורבנותיהם בקהילות אקולוגיות ימיות שונות מושפעת במידה ניכרת מרמזים כימיים עשויה לסייע לחוקרים העוסקים בשימור הטבע לטפל בסביבות ימיות המכילות דגים וצדפות. בהקשר ביומימטי, חקר מנגנון החישה של סרטני הבוץ, המאפשר להם לזהות כימיקלים מסוימים המהולים בסביבה ימית, יכול להוות בסיס לפיתוח חיישנים לשימושים ימיים שונים, למשל, לצורך התראה מוקדמת על דליפות כימיות.

מקור


 

 

השתן עלה לדג לראש

זיו כהני

הביטוי הסלנגי שבכותרת הוא אולי אחד האזכורים היחידים של דג ושתן יחד באותו משפט. אבל האם ידעתם שמבחינה טכנולוגית שילוב זה הוא דווקא ביטוי להמצאה מעניינת?
הצורך במוצרים אלקטרונים ניידים-לבישים, הדורשים אספקת אנרגיה נמוכה, הולך ועולה, אך אופן הטעינה שלהם הוא בגדר אתגר. כדי למצוא פתרון לאתגר זה, חוקרים מהמרכז לביו-אנרגיה ומהמרכז לרובוטיקה בבריסטול, אנגליה, חשבו על מקור אנרגיה חדשני – שתן. ידוע כי פסולת אנושית דוגמת השתן יכולה להוות מקור לאנרגיה כימית, שבאפשרותה להטעין תאי דלק מיקרוביולוגיים (MFC - Microbial Fuel Cell). כיצד? השתן מזין את החיידק בMFC-  (בתא דלק מיקרוביולוגי טיפוסי יש שני תאים: תא אנודה, המכיל חיידקים, ותא קתודה, שאליו מוזרם אוויר. בין שני התאים מפרידה ממברנה סלקטיבית, המאפשרת מעבר של פרוטונים מתא האנודה לתא הקתודה. החיידקים מבצעים תהליך של חמצון תרכובות אורגניות; ונוצרים אלקטרונים המועברים מהאנודה לקתודה. בקתודה חל חיזור החמצן. תהליכים אלו מובילים ליצירת זרם חשמלי(. תאי ה-MF יעילים מאוד, גמישים וקלי משקל, ולכן הם מתאימים לאפליקציות הניידות/לבישות.

כדי להעלות את ביצועי המערכת ולהעלות את זמן שרידות התאים יש לספק לתאים המיקרוביולוגיים הזנה רציפה של שתן בזרם קבוע. לצורך כך נדרשה לחוקרים משאבה.
המשאבה פותחה בהשראת מערכת מחזור הלב והדם של הדג. בדגים, מערכת מחזור הלב והדם היא מערכת סגורה, פשוטה מאוד וידועה כפעילה במחזור בודד. הלב כמשאבה דוחף את הדם לזימים לצורך חמצון מחדש. משם זורם הדם לשאר הגוף וחוזר חזרה ללב. הלב של הדג מורכב מעלייה אחת לקבלת הדם ומחדר אחד בעל קירות עבים, המכיל מספר גדול של שרירים שאחראים על ייצור הלחץ (על ידי התכווצות והתרחבות) כדי לדחוף את הדם לגוף. בנוסף, קיים שסתום שתפקידו לדאוג לזרימת הדם בכיוון אחד.

המערכת הַלבישה, שעוצבה ארגונומית לכף רגל של בן אדם, פותחה בהשראת מבנה לב הדג. שרירי הלב הוחלפו בצינורות סיליקון גמישים שכללו שני שסתומים פנימיים, שמוקמו מתחת למיקום העקבים. בזמן הליכה, העקבים חיקו את המכניזם של החדר שמייצר תהליך של דחיפה-הרפיה בתדירות קבועה, הנדרשת לשם הזרמת הדם. גם תא הלב יוּצר מסיליקון, זאת לאור גמישות החומר ועל מנת לחקות את פעולת הלב.


               תמונות באדיבות UWE Bristol – Bristol BioEnergy Centrer
 
את תהליך הלחץ וההרפיה של פעולת הלב יצר צינור המשאבה, שהזרים שתן מתאי הMF- ואליהם.
תאי הMF- הולבשו כגרביים וקיבלו אספקה של שתן באמצעות המשאבה. כל שתי יחידות של MFC חוברו לצינור סיליקון. כל שישה זוגות שלMFC  שהולבשו על כל רגל חווטו במקביל וחוברו למשאבה אחת, וכן היוו מקור חשמל לאלקטרוניקה.
החיקוי הנ"ל יצר מערכת אנרגטית מלאה שהצליחה להפיק ארבעה וולט, אשר כולה מופקת על ידי האדם. הספק זה מאפשר, למעשה, שימוש במתח שהופק להטענה של אביזר לביש.

למידע נוסף

חדש(נ)ות מהטבע דצמבר 2017


קוראים יקרים שלום,


החודש נספר לכם על שני רובוטים חדשים, אחד מעופף באויר והשני חופר באדמה. עוד נספר על פיתוח חדשני לטיהור אויר מגורמים מחוללי מחלות.
אנו מזכירים כי

1.     הרשמה לקורס ביומימיקרי בשיתוף לשכת המהנדסים בעיצומה, מספר המקומות מוגבל. קורס בן 48 שעות אקדמיות הכולל גם סיור חוויתי בספארי. לראשונה הקורס מוכר לגמול השתלמות. קישור לסילבוס והרשמה.

2.      כנס ביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה יתקיים השנה במתכונת בינלאומית בשיתוף
ISBE - International Society of Bionic Engineering
הכנס יתקיים ב- 14.06.18 באוניברסיטת תל אביב בשפה האנגלית. שמרו את התאריך.
מצ"ב קישור לקול קורא. ניתנת הארכה להגשת תקצירים עד ה- 01.02.2018. גורמים מהתעשייה המעוניינים להציג בכנס מוזמנים לפנות ל: yael@biomimicry.org.il

 גם החודש שמחים לפנות לחוקרים ומהנדסים המעוניינים לתמוך בתוכניות חינוך בתחום הביומימיקרי ברחבי הארץ. השנה התוכניות מועברות בכל הארץ בשיתוף תעשיידע. קישור לפרטים.

בהזדמנות זו אנו מאחלים לכל הקוראים שלנו שנה אזרחית מלאת השראה ועשייה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי