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 דצמבר 2013


קוראים יקרים שלום,
שנת 2013 אופיינה בהמשך צמיחתה של הדיסציפלינה הביומימטית בעולם. גם בארץ חווינו התקדמות משמעותית.
במהלך שנת 2013 הרחבנו על כ-50 פיתוחים ומחקרים ביומימטיים חדשים בידיעון חדש(נ)ות מהטבע, והמשכנו לקדם את המודעות לתחום באמצעות כתבות בעיתונות ובאמצעות הרצאות בכנסים בינלאומיים.

גם השנה, זו הפעם השנייה, קיימנו את כנס ביומימיקרי לילדים, בשיתוף תוכנית קרב ורמת הנדיב.  בכנס הוצגו פיתוחים בהשראת הטבע של תלמידי בתי ספר יסודיים. הכנס השלישי של ביומימיקרי לילדים יתקיים ברמת הנדיב באפריל 2014.
בשדה האקדמי, שמחנו לחנוך את הכנס הישראלי הראשון בביומימיקרי, שהתקיים במאי 2013 במכון הטכנולוגי בחולון.

ייצגנו את ישראל בוועדת התקינה לניסוח תקן בינלאומי ביומימטי, תקן שמטרתו לספק שפה וכלים אחידים לעוסקים בתחום.
לראשונה, נפתח השנה קורס מקצועי בביומימיקרי למתכננים, למהנדסים, לאדריכלים, לביולוגיים, ולאנשי ניהול והוראה, המעוניינים לשלב חשיבה ביומימטית וכלים ביומימטיים בעבודתם. קורס נוסף יפתח בשנת 2014.

בהזדמנות זו אנו רוצים להודות למתנדבים הנאמנים ולעורכת הידיעון שלנו, המאפשרים לחזון ארגון הביומימיקרי הישראלי להתקיים – ולהמשיך לצמוח.

בברכת קריאה מהנה ושנה אזרחית טובה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

עיר ביומימטית ראשונה תיבנה בניגריה

מאת: מאיה גבעון
 
ב- 2009 פרסם האו"ם לראשונה כי רוב בני האדם מתגוררים בסביבה עירונית. על פי התחזיות, מגמה זו צפויה להתגבר בעשורים הקרובים. אנחנו נמשכים לערים לא רק מכורח הפרנסה, אלא גם משום שערים מאפשרות חדשנות, וכן פריצות דרך מדעיות, טכנולוגיות ותרבותיות – מעצם הפגשת מגוון אנשים ויצירת מרחב להזדמנויות. במשך שנים הערים נחשבו (לעיתים קרובות בצדק) כמקורות של זיהום ותחלואה, מקור למגפות ולבעיות סביבתיות. עם זאת, בתכנון עירוני נכון, צריכת המשאבים של השוכן בעיר נמוכה מזו של המתגורר באזור כפרי ושואף לרמת חיים דומה. מסיבה זו השתנתה התפיסה, וכיום כבר נשמעת פה ושם האמרה: אוהב טבע חי בעיר. תשתיות עירוניות, להבדיל מהתבודדות באזורים טבעיים, מאפשרות אורח חיים מקיים וסביבתי יותר.
 
ב-2014  ימלאו מאה שנים לעצמאותה של ניגריה. ממשלת ניגריה החליטה לציין את שנת המאה– לא רק בחגיגות ואירועים, אלא בייזום פרויקט חדשני "שישאיר מורשת לדורות הבאים ולמאה השנים הבאות, וישנה את התפיסה בעולם לגבי האופן בו צריכה להיראות עיר" – תכנון עיר על פי עקרונות הביומימיקרי.

על פי הפרסומים, העיר תוקם בסמיכות לעיר הבירה אבוג'ה ותהיה "עיר חכמה", עם הטכנולוגיות הסביבתיות המתקדמות ביותר. מתכנניה ישתמשו בטבע כמודל לחיקוי, כמנטור, וכמדד להצלחה.  העיר, שתקום כעיר בתוך עיר, אמורה לספק מקום מגורים רק לכמאה אלף איש, ולשמש בעיקר כמוקד תרבות ותיירות. בסרטון תדמית מושקע שהפיקו היזמים, מוזכרים חלק מן העקרונות המנחים לתכנון הפרויקט השאפתני:

-          תכנון "מטבוליזם עירוני", לפיו חומרי גלם מנוצלים באופן אופטימאלי ומעגלי בתחומי העיר, לשם מניעת הצטברות פסולת.
-          שכונות העיר אמורות להיות מתוכננות כתאים, שהם בו זמנית עצמאיים אך תלויים זה בזה – כאשר העיר תתרחב, כל שכונה תוכל לעשות זאת באופן עצמאי תוך תמיכה בתושבים עם תשתיות נדרשות.
-          חגורות ירוקות יתפקדו הן לייצור חקלאי מקומי והן לשמירה על המגוון הביולוגי.
-          המים יכובדו כמשאב היקר ביותר למערכות החיות, ייאספו על ידי התשתית העירונית, יטוהרו וישמשו באופן מחזורי.
-          עורקי תחבורה המוניים יתפקדו כמערכות הספקה לשכונות (ככלי דם לאברי הגוף), עם עדיפות גבוהה לתחבורה לא ממונעת. תחבורה ציבורית תהווה את האמצעי העיקרי לתחבורה ממונעת, תוך שימוש בטכנולוגיות מתקדמות להקטנת  זיהום האוויר.
-          עידוד מגוון תרבותי ואתני.
לא ברור עדיין מה עומד מאחורי המילים היפות והתיאורים המסקרנים, לצד הרעיון המבורך. ללא ספק, לאור חומרת המשבר הסביבתי בו אנו נמצאים והיקפו, עלינו לשאוף גבוה ככל האפשר בתכנון הערים החדשות שלנו.
 

 

המשטח היבש בעולם

מאת: אופיר מרום

בהשראת הטבע, יצרו מדענים מ-MIT את מה שהם מגדירים כ"משטח שדוחה מים הכי טוב בעולם".
 
משטחים דוחי מים (סופר- הידרופוביים) מושכים תשומת לב רבה, עקב יכולתם להישאר יבשים ונקיים ויכולתם למנוע הצטברות קרח עליהם, יכולות המאפשרות לשפר ביצועים של מוצרים רבים. בדרך כלל, משטחים סופר-הידרופוביים אינם חלקים, כפי שבטעות ניתן לחשוב, אלא דווקא מחוספסים. משטחים אלה מכוסים בבליטות  ננו-מטריות, שמקטינות למינימום את שטח המגע עם הנוזל. לכן, גם כוח המשיכה בין הנוזל למשטח הוא מינימלי, דבר שגורם לנוזל להעדיף להישאר כטיפה מלוכדת ולא להימרח על פני המשטח ("אפקט הלוטוס"). פרופסור קריפה וראנאסי וקבוצת המחקר שלו באוניברסיטת MIT הראו שאסטרטגיה חדשה, שונה מהמקובל היום, יכולה לשפר את יכולת הדחייה של המשטחים באופן משמעותי, בדרך שעד היום לא נחשבה כאפשרית.

ההשראה לציפוי דוחה המים החדש הגיע מהתבוננות במשטחים מתקדמים אבל עדינים מאוד שהתפתחו בטבע, כמו עליו של פרח כובע הנזיר, או כנפי פרפר מסוג Morpho. מסתבר שפני המשטחים הללו מכוסים בתבנית של רכסים זעירים. מהמחקר עלה שהמורפולוגיה הזו לא נוצרה לחינם. החוקרים הוכיחו שבעזרת ציפוי משטח ברכסים זעירים, בדומה למורפולוגיה של כובע הנזיר או כנפי פרפר Morpho, אפשר להקטין את זמן המגע מעבר לגבול התיאורטי, פרמטר שעד היום לא חשבו שניתן לשפרו.
 

                                  עלה כובע הנזיר דוחה מים

 עד היום, כדי לפתח משטחים שדוחים מים, התמקדו חוקרים בהקטנת כוחות המשיכה בין הנוזל למשטח. אבל אפילו כאשר כוח המשיכה בין השניים אפסי, עדיין ההתנהגות ההידרודינמית של הטיפה הכתיבה זמן מגע מינימאלי, שנבע מהעובדה שהטיפה נמעכת אל המשטח ואז נאספת חזרה לטיפה באופן סימטרי (כמו הטיפה השמאלית בסרטון המצורף). כשטיפת מים נופלת על משטח של רכסים זעירים היא מתפצלת לטיפות קטנות יותר, שכל אחת מהן ניתזת בנפרד. מכיוון שלכל אחת מהטיפות הקטנות יש מסה, שקטנה יותר מהמסה של הטיפה המקורית, גם הזמן שלוקח לה להיהדף מהמשטח קטן יותר (כמו הטיפה הימנית בסרטון המצורף). צמצום הזמן שהנוזל נוגע במשטח מגדיל את הסיכוי שהמשטח יישאר יבש, ומונע ביעילות גבוהה יותר הצטברות של קרח עליו.

הפיתוח הזה משמעותי במיוחד מכיוון שניתן לשלב את המרקמים החדשים עם חומרים חזקים,  כמו מתכות  או קרמיקה, שעמידים בשחיקה ובחום גבוה, ולא רק על גבי טקסטיל או בפולימרים שבריריים יחסית, כפי שמקובל היום ליצירת משטחים דוחי מים. קל לדמיין את היישום של הרעיון בטקסטיל, זכוכית או רעפים כפי שכבר עושים היום. בנוסף, ניתן לצפות דברים, שעד כה היו פחות ריאליים, כמו להבים של תחנות רוח, מכוניות, מנועי סילון או קווי חשמל כדי להקטין את הסיכוי להיווצרות קרח. כעת מחפשים פרופ' וראנסי וקבוצתו בקרב קהילת העיצוב רעיונות ליישומים אפשריים. אולי לכם יש רעיון?


 

 
 

אפקט סנפיר הדג

מאת: יעל הלפמן כהן

אפקט ביומכני מפתיע, שהתגלה במחקרים מורפולוגיים של סנפירי דגים, מהווה בסיס לפיתוחים ביומימטיים שונים.

פיתוחים ביומימטיים רבים נקשרים לאפקטים שונים. הזכרנו בעבר את אפקט הלוטוס ואת אפקט האצטרובל. החודש נרחיב על אפקט נוסף: אפקט סנפיר הדג. ( Fin Ray Effect)
קיימים דגים בעלי סנפירים גרמיים, אשר בנויים מעור הנתמך על ידי עצמות או על ידי שדרות.  בסנפירים אלה יכולות להיות מספר שדרות גרמיות, שהן בדרך כלל רכות וגמישות, לעיתים הן נפרדות ולעיתים הן מחוברות זו לזו.  כאשר מופעל לחץ צידי על זנב הסנפיר, קצה הסנפיר לא מתכופף בכיוון הכוח כצפוי, אלא זז בכיוון הנגדי. תזוזה לא צפויה זו, בניגוד לכיוון הכוח המופעל, נקראת אפקט סנפיר הדג. ( Fin Ray Effect). אפקט זה מפחית את התנגדות המים לתנועה, ומאפשר לדג למקסם את העוצמה של תנועות הסנפיר במים.
את אפקט סנפיר הדג אפשר להסביר באופן הבא: שתי תומכות המחוברות יחד בקצה אחד (בדומה לשדרות הסנפיר) יוצרות משולש חד. ביניהן מצויות תומכות נוספות במבנה סולם, היוצרות זווית ברורה ושומרות את התומכות האורכיות נפרדות זו מזו. כאשר אחת משתי התומכות האורכיות במבנה הסנפיר נמשכות בפתח המשולש המבנה מתכופף הצידה ויוצר מבנה קשתי, בכפוף למספר התומכות המחברות, לאופן סידורן ולמידת קשיחותן.


                                 תמונה באדיבות חברת Festo  בעלת זכויות היוצרים

האפקט נרשם כפטנט ומיושם בסדרת מוצרים. מבנה המבוסס על אפקט זה מאפשר לטפל בחפצים שבירים כמו מכלי זכוכית בצורה המותאמת לצורה, ומאפשרת להרימם ולהעבירם מבלי ליצור נקודות לחץ.
אפליקציה אפשרית של אפקט זה היא בתכנון מושבי רכב המגיבים ללחץ. כאשר נוהגים בעקומת כביש, נהג היושב על כיסא יילחץ לצד המושב. אם אפקט סנפיר הדג מיושם במושב, התומכות האורכיות  תשמורנה על מיקומו של הנהג בכיסא מבלי להפעיל עליו לחץ.
דוגמא נוספת ליישום האפקט היא פיתוח של חברת Festo - זרוע רובוטית המבוססת על מבנה חדק הפיל. האוספן המחובר לזרוע, המכונה ,Finray מבוסס על חומר דק וגמיש המתקפל לכיוון מקור הלחץ, ומאפשר לאסוף פריטים עדינים ושבירים דוגמת ביצי הפסחא.

למידע נוסף

מערכת תעופה בהשראת המדוזה

מאת: דפנה חיים לנגפורד

בפיתוח ביומימטי, בדרך כלל אנחנו מעבירים ידע ומחקים מנגנונים, מודלים ותהליכים מהטבע לשימוש ביישומים הנדסיים ואחרים. לרוב מתייחס תהליך החיקוי לפונקציונאליות באותה זירת פעולה. בתעופה למשל, מנגנון השקטה של מטוסים הוא חיקוי המנגנון של התנשמת. רמת מורכבות גדולה יותר נדרשת כשאנו מחקים מנגנונים מזירת פעולה אחת, למשל מים, לזירת פעולה אחרת, למשל אויר. כמו בדוגמת חיקוי הבליטות על סנפיר הלויתן לשיפור יעילותן של טורבינות רוח. זו האחרונה נתפסת כאנלוגיה מורכבת יותר. גם בדוגמה המובאת כאן, קיים חיקוי של תנועה במים לתנועה אוירית – הפעם בהשראת המדוזה. 

חוקרים מהמחלקה למתמטיקה שימושית באוניברסיטת ניו-יורק פיתחו שיטת תעופה חדשנית, שעשויה לסייע במזעור נוסף של רובוטים מעופפים לצרכי מחקר, ניהול תחבורה, איסוף מודיעין, ומבצעי חילוץ והצלה.
מאמצים רבים מושקעים ביצירת כלי תחבורה זעיר בניסיון לחקות חרקים מעופפים כמו הזבובים, השפירית ועוד. אחד האתגרים הוא אי היציבות של תנועת כנפי הזבוב למשל. על מנת להישאר באוויר, הזבוב מנטר את סביבתו ללא הרף. הוא חש בכל משב רוח קל, או בטורף מתקרב, ומגיב בשינוי תנועות התעופה שלו במהירות רבה מאוד. כדי לחקות את הבקרה המורכבת של הזבוב במערכת הנדסית מכאנית ולייצר רובוט זעיר, דרושה מערכת בקרה מורכבת, כבדה וגדולה באופן יחסי.
החוקרים במחקר זה, פיתחו מנגנון תעופה שאינו דורש מערכת בקרה או משוב  לשמירה על יציבות, והוא דומה לתנועת שחיית המדוזה, תנועה שהחלה באוקינוס לפני למעלה מ 500 מיליון שנה. המדוזה, למרות העדר המוח, מתקדמת בסביבה המימית בתנועה יציבה יחסית ויעילה ללא מערכת בקרה מתוחכמת. בהשראת תנועת המדוזה, פיתחו החוקרים אב טיפוס המורכב מארבע זרועות סיבי פחמן.


האב-טיפוס שפותח שוקל רק שני גרם, ואורכו מגיע לכשמונה סנטימטר בלבד. ארבע זרועות סיבי הפחמן המיצרים את ה"כנפיים" של הרובוט נעים בכעין פעימה בדומה לפעימות זרועות המדוזה במים, והתנועה המתקבלת היא אנכית ויציבה. זרועות סיבי הפחמן מסודרות כעלי כותרת של פרח. החוקרים מצאו כי המכשיר יכול להמריא ולעוף בכיוון מסויים.
לצפייה בסרטון תעופת "המדוזה המעופפת" לחץ כאן
בנוסף לעובדה שהחוקרים הוכיחו שהמכשיר יציב בתעופתו, נמצא כי גודלו של המכשיר תלוי בעיקר בגודל המנוע ובמשקלו. זה עדיין דגם בדרגת אב-טיפוס מוגבל, הוא עדיין מחובר למקור כוח חיצוני, הוא חסר יכולת ניווט אוטומטית, ועדיין לא ניתן לשליטה מרחוק. עם זאת, הוכחת עקרונות התנועה על דגם זה, מעודדת פיתוח של דגם מתקדם ומורכב יותר על בסיס עקרונות אלה.