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 יולי 2017

תחום הביומימיקרי התפתח במגזר הפדגוגי ומדי שנה הולך וגדל מספר בתי הספר המזמינים את תלמידיהם להתבונן על הטבע בדרך חדשה ומעוררת חדשנות והשראה. אנו שמחים לבשר כי בשנת הלימודים הבאה יופעלו תוכניות הביומימיקרי בשיתוף תעשיידע. בתי ספר המעוניינים ללמד את תחום הביומימיקרי בשנת הלימודים הבאה מוזמנים לפנות למייל: info@biomimicry.org.il

החודש נרחיב על שתי טכנולוגיות שעקבנו אחריהן בשנים האחרונות ובימים אלו הבשילו לכדי מסחור. רובוט נחש שישווק כבר מהחודש הבא ובדים בעלי יכולת ניקוי עצמי בהשראת אפקט הלוטוס. עוד נספר על שתי טכנולוגיות שנמצאות עדיין בשלבי המחקר והפיתוח - מנגנון השקטה לרחפנים בהשראת תעופת התנשמת ותכנון מנגנון ניקוי למערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS) בהשראת דבורת הדבש. 

בברכת קריאה מהנה והמשך קיץ רגוע,
צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

רובוט נחש – גרסת שנת 2017

מאת: יעל הלפמן כהן
רובוט נחש בעל ביצועים מרשימים, הוא שלב נוסף באבולוציה של פיתוח רובוטים לשימוש ככלי רכב לא מאוישים.
רובוט נחש המחקה את תנועת הנחש ומיועד להחליף אנשים באזורים מסוכנים או באזורים ללא נגישות, כבר פותח בעבר. בטכניון למשל, פותח בעבר רובוט נחש בשיתוף מפא"ת, הרשות לפיתוח אמצעי לחימה.
לאחרונה, חברת הרובוטיקה האמריקנית סארקוס (Sarcos), פיתחה רובוט נוסף דמוי נחש, הגארדיאן S, רובוט העמיד למים ומסוגל לנוע על גבי משטחים שונים, לנוע דרך צינורות צרים ובמעלה במדרגות. הרובוט אפילו מסוגל להתרומם כקוברה ולעלות במעלה קירות, הודות לגופו המגנטי. לעומתו, לפתרונות רובוטים אחרים הנעים על הרצפה, יש מגבלת ניידות על פני שטח מאתגרים, טווח תנועה מוגבל, חיי סוללה קצרים, ומשקל רב יותר. בסרטון הבא תוכלו לצפות בביצועי הרובוט:

לגארדיאן S תכנון ייחודי המקנה לו יתרונות בתנועה. בעוד פתרונות רובוטיים קודמים התבססו על שני מסלולי תנועה, בדומה לזחלי טנק, העיצוב של הגרדיאן S, כולל זחל קדמי ואחורי וביניהם חלק נוסף המסוגל לבצע תנועות מורכבות יותר, המגדילות את טווח התנועה. הגרדיאן מסוגל להמשיך לפעול במשך 18 שעות, והוא מתופעל על-ידי שלט הדומה לשלט של משחקי וידיאו. הוא כולל חיישנים שונים לרבות חיישני אינפרא-אדום, קרינה, גז, רעידות, מיפוי תלת-ממדי וצילום וידאו ב- 360 מעלות. כל אלו מאפשרים איסוף מידע תוך כדי תנועה.  
הגרדיאן הוא צעד משמעותי לעבר רכבי קרקע לא מאוישים, המיועדים למשימות שונות באזורים מסוכנים לאדם, לרבות משימות מבצעיות, חילוץ פצצות, התמודדות עם חומרים מסוכנים, תפקוד באזורי אסון ועוד.  
סארקוס מתכוונת להתחיל לשווק את הרובוט כבר בחודש הבא.

ללא כביסה !

מאת: יעל הלפמן כהן
טקסטלים חכמים בעלי יכולות ניקוי עצמי והגנה מפני שחיקה בהשראת עלים וכנפי חרקים.
כיצד עלים של צמחים מסוימים תמיד נשארים נקיים? כיצד כנפי פרפרים דוחים מים ולכלוך? אמבט הם לא עושים, וגם לא כביסה. חברת שולר טכנולוגיות (Schoeller Technologies) משוויץ העוסקת בפיתוח טכנולוגיות טקסטיל, בחנה סוגיה זו, וחקרה עלים של צמחים וכנפי חרקים, על מנת לגלות תשובה לשאלה המפליאה – לאן הלכלוך נעלם ?
בעבר כבר דיווחנו רבות על אפקט הלוטוס, אפקט הניקוי העצמי של עלי הלוטוס הקשור לבליטות ננו-מטריות המצויות על פני האפידרמיס העלה. חוקרים מחברת שולר טכנולוגיות זיהו אפקט דומה במגוון נוסף של עלים וכנפי חרקים. מבנים ננומטרים על פני שטח עלים וכנפי חרקים  דוחים מים, שמן, ולכלוך, ומפחיתים את השחיקה והשריטות על פני השטח.  בעבר היה ניסיון של חברה יפנית ליישם אפקט זה על טקסטילים, אך הניסיון לא צלח מסחרית. חברת שולר טכנולוגיות הצליחה לתרגם אפקט כללי זה לטכנולוגיית עיבוד טקסטיל הנקראת   NanoSphere® המקנה  לבד אפקט של ניקוי עצמי הדומה לאפקט הטבעי.
NanoSphere®
בעוד שמים, שמן ולכלוך נספגים בטקסטיל רגיל בשל שטח המגע הרב בין גורמים חיצוניים לפני השטח של הטקסטיל, טקסטיל שעבר טיפול בטכנולוגיית ה- Nanosphere®,  דוחה חומרים חיצוניים אודות לשטח מגע מצומצם עם הטקסטיל. באופן תיאורי ופשוט, ניתן לדמות את פסגות המבנים הננומטרים כחיץ המרחיק את הגורמים החיצוניים מפני השטח של הטקסטיל, תוך הפחתת המגע וההצמדה של גורמים אלו. הטיפות החיצוניות מתגלגלות ומוסרות מפני השטח. התוצאה- בד נקי אך עדיין נושם, בעל יכולות ניקוי עצמי, דחיית לכלוך ומים, הגנה מפני שחיקה, ופחות צורך בכימיקילים ומים הנדרשים לניקוי ושטיפה. 
ניתן כיום לרכוש את הבדים עם האפקט או לרכוש רישיון לשימוש בטכנולוגיה.

המפתח לרעש טורבינות הרוח טמון בכנפי התנשמת


מאת: דפנה חיים-לנגפורד

כמו תעופתו השקטה של הינשוף, התעופה השקטה של התנשמת מעסיקה את העולם המחקרי כבסיס לפיתוח פתרונות השקטה למערכות דינאמיות כמו כלי טיס, רכבות, וטורבינות רוח.
מחקר נוסף חושף כיצד השראה מכנפי התנשמת מאפשר לכלי טיס וטורבינות רוח להיות שקטים יותר.
חוקרים מיפן וסין חקרו את המבנה המשונן בכנפי התנשמת והגיעו לתובנות חדשות כיצד מבנה משונן פועל להשקטת תעופת הציפור.

תוצאות מחקרם פורסמו בכתב העת Bioinspiration & Biomimetic כדוגמה למנגנון פוטנציאלי לדיכוי רעש בטורבינות רוח, כלי טיס, רחפנים מרובי מנועים ומכונות נוספות. פרופ' Liu מאוניברסיטת Chiba ביפן שהוביל את המחקר, טוען שתנשמות ידועות בתעופה השקטה שלהן אודות לתכונות ייחודיות, כדוגמת שינון בקצות הכנף הקדמיים, גדילים בקצות הכנף האחוריים וביניהם משטח דמוי קטיפה. במחקרם, בחנו החוקרים האם וכיצד תכונות אלו משפיעות על אפקטיביות התעופה ועוצמת הקול שלה.
המחקר בוצע באמצעות סימולציית תעופה של מבנים שונים בהשראת כנף התנשמת בתנאים המדמים מנהרת רוח. מתוצאות הסימולציות עולה כי לשינון בקצה הקדמי של הכנף יש משמעות קריטית לכוח האווירודינמי כמו-גם להשקטת התעופה עצמה. עוד נמצא כי יש קשר בין הכוח האווירודינמי לבין דיכוי מרבי של עוצמת הקול בתעופה עם נקודת אופטימום בזווית כנף ספציפית.
שינון מוטות טורבינות רוח, כנפי כלי טייס או מנועי רחפנים בהשראת כנף התנשמת, יכול לאפשר תכנון ביומימטי לבקרת זרימה ורעש. היום, כשנושא זיהום רעש מהווה את אחד החסמים לשימוש בטורבינות רוח כמקור לאנרגיה מתחדשת נקיה, ליישום זה השלכות על התחום כולו.
מקור הידיעה

ניקוי משטחים מיקרו-אלקטרומכניים בהשראת מערך הטיפול של דבורת הדבש


מאת: דפנה חיים-לנגפורד
 
מחקר חדש על הרגלי דבורת הדבש שופך אור חדש על הפיזיקה של תהליכי ההאבקה ובעל השלכות על מערכות מיקרו-אלקטרומכניות (MEMS)  בעתיד.
מחקר משותף בין המכון הטכנולוגי ג'ורג'יה באטלנטה ארצות הברית לבין אוניברסיטת קייל בגרמניה, בחן כיצד חרקים מאביקים שבאופן מכוון מתפלשים במיליוני אבקנים מתנקים כחלק ממנגנון האבקה, באופן שיאפשר להם לעופף.
במחקרם, שפורסם בכתב העת  Bioinspiration &  Biomimetics, מצאו החוקרים שהמפתח לניקוי המיטבי מצוי בשערות זעירות המכסות את הדבורים וחרקים מאביקים אחרים. עוד נמצא, כי נוזל צמיג על פני שטח צברי האבקנים (Pollenkitt), אחראי להדבקות לחרק. פרופ' Hu מכותבי המאמר טוען כי כמות האבקנים שעשויה להיצמד לדבורה פועלת יכולה לעלות על חמש פעמים משקל גופה של הדבורה. מיותר לציין, במצב זה, תעופה, חישה וניווט הופכים מאתגרים ביותר.
אם כן, כיצד הדבורים מתנקות מהאבקנים? החוקרים מצאו שהשערות משמשות לא רק לאיסוף אבקנים, אלא גם לתהליך הניקוי. מסתבר, שהשערות, בתלות במקומן, מפוזרות במרווח כזה שיאפשר להרחיק את האבקנים מעל הגוף, כך שהדבורה תוכל בקלות להסיר את האבקנים באמצעות הגפיים הקדמיות. בהתאם, המרווח בין השערות על הגפיים הקדמיות מכתיב את כמות האבקנים שיכולה להדבק לגפה ואת כמות האבקנים שהיא יכולה להסיר בתנועה אחת.
החוקרים ביצעו ניסוי לכימות פעולה זו. הם צילמו דבורת דבש מכוסה אבקנים באמצעות שתי מצלמות – אחת צילמה את פעולות הניקוי והשנייה את צלליות האבקנים כשהם נופלים. צילום זה מאפשר לתעד את מספר הפעמים שהדבורה נדרשה לבצע את פעולת הניקוי וכמה אבקנים שהיא הסירה. בנוסף, החוקרים תיעדו את גאומטריית התנועה של הדבורה ואת המרווחים בין השערות. על מנת לקבל תמונה רחבה ככל הניתן, החוקרים בחנו סוגי אבקנים שונים שנבדלו בגודל, במשקל, ובגאומטריה. חלק מהאבקנים נשטפו כדי לבחון את השפעת נוזל ההדבקה על תהליך הניקוי/הדבקה.
מהניסוי עולה כי גודל האבקנים ונוכחות נוזל ההדבקה הינם גורמים משמעותיים. עוד עולה כי ככל שהחלקיקים קטנים יותר, תהליך הניקוי אורך יותר זמן. שטיפת נוזל ההצמדה, כצפוי, הובילה להדבקה משמעותית נמוכה יותר.
עוד נמצא כי היחס בין גאומטריית השיער באזור הניקוי לאזור המנקה מכתיב את אפקטיביות הניקיון. פרופ' Hu  טוען כי בהתבסס על ממצאי גאומטריית השיער על גוף הדבורה ביחס לרגלי הדבורה ניתן לתכנן משטחי MEMS בעלי עמידות רבה יותר ללכלוך מצד אחד וכלי ניקוי יעילים יותר מצד שני. 

חדש(נ)ות מהטבע יוני 2017

החודש התקיים הכנס השלישי לביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה, בביה"ס ללימודי הסביבה ע"ש פורטר, באוניברסיטת תל אביב. הכנס כלל מגוון מרצים מהארץ והעולם ונתן במה למחקרים אקדמיים פורצי דרך לצד חברות פעילות בתעשייה. להלן קישור לתוכנית ותקצירי הכנס.





כסיכום לכנס בחרנו לפתוח את הידיעון בסקירת שתי טכנולוגיות ביומימטיות סביבתיות פורצות דרך שהוצגו בכנס. חברת סיביקס מטאריאל המייצרת סיבים הזהים בתכונותיהם לתכונות קור העכביש, ומערכת ניסיונית להתפלה ביולוגית שפותחה במכון מיגל בהשראת תהליכי התפלה בטבע.

עוד נציג החודש פיתוח של חומר סינטטי בהשראת אם הפנינה, ופיתוח משטח הידרופובי בעל יכולות תיקון עצמי בהשראת מנגנון השלת העור של הנחש.

 אנו רוצים להודות מקרב לב לעורכת הלשונית של הידיעון שלנו בשש השנים האחרונות, הגב' ניצה הלל, שליוותה אותנו במקצועיות ובמסירות רבה, ותרמה מזמנה וניסיונה, על מנת להגיש לכם ידיעון רהוט ואיכותי יותר. ניצה מסיימת את תפקידה ואנו מאחלים לה הצלחה רבה בהמשך.

תחום הביומימיקרי התפתח במגזר הפדגוגי ומדי שנה הולך וגדל מספר בתי הספר המזמינים את תלמידיהם להתבונן על הטבע בדרך חדשה ומעוררת חדשנות והשראה. אנו שמחים לבשר כי בשנת הלימודים הבאה יופעלו תוכניות הביומימיקרי בשיתוף תעשיידע. בתי ספר המעוניינים ללמד את תחום הביומימיקרי בשנת הלימודים הבאה מוזמנים לפנות למייל: info@biomimicry.org.il

בברכת קריאה מהנה וקיץ רגוע,
צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי







 

ביומימטיקה – טכנולוגיות סביבתיות פורצות דרך

יעל הלפמן כהן [1], שלומציון שן [2 ], ועזרא אורלובסקי [3]                     

[1] ארגון הביומימיקרי הישראלי
[2] סיביקס מטריאל סאינסס
[3] מרכז ידע גליל (מיגל)


ידיעה זו תצא לאור בגיליון יולי 2017 של אקולוגיה וסביבה - magazine.isees.org.il

הטבע מזוהה כבסיס ידע לפתרונות טכנולוגיים מקיימים בתחומי הלִבָּה הסביבתית: טכנולוגיות חומר, מים ואנרגיה. ביומימטיקה, חיקוי פתרונות הטבע, היא תחום דעת בצמיחה בעולם האקדמי והתעשייתי, ומזוהה כמנוע לחדשנות סביבתית. בידיעה זו נסקור שתי טכנולוגיות ביומימטיות מבטיחות המפותחות בימים אלה בארץ.

חיקוי קורי העכביש

קורי העכביש הם חומר מרתק שזכה לתשומת לב האדם באלפי השנים האחרונות. במהלך עשרות השנים האחרונות השכילו מדענים להבין את הפוטנציאל הגלום בשימוש בקורי עכביש לטובת האנושות, תוך ניצול תכונותיהם המכָניות יוצאות הדופן. שלא כמו זחל טוואי המשי, שבוית ומפקעות הגולם שלו מופק המשי הרגיל בכמויות מסחריות, העכביש הוא חיה טריטוריאלית, וגידול המוני שלו לצורך הפקת כמות מסחרית של קורי עכביש אינו אפשרי. לכן, מציאת פתרון שיעקוף את הצורך בעכביש עצמו לשם יצירת קורי עכביש תסלול את הדרך לייצור המוני של סיבים מיוחדים אלה, ותאפשר את שילובם ביישומים שונים.
העכבישה הטווה את הרשת יודעת ליצור סיבים שונים שנבדלים ביניהם בתכונותיהם. הסיב החזק ביותר שהיא יודעת לטוות נקרא dragline, והוא משמש אותה לסיבים הרדיאליים ברשת, למסגרת הרשת ואף כסיב מילוט. סיב זה, טבעי או מלאכותי, נחשב לסיב החזק ביותר בנמצא. המחשה של חוזק הסיב היא העובדה כי הוא חזק פי שישה מסיב פלדה בעובי מקביל, וקל ממנו באופן משמעותי.
במהלך שני העשורים האחרונים נעשה מספר רב של ניסיונות לסנתוז מלאכותי של החלבונים המרכיבים את סיב ה-dragline במערכות ביטוי שונות לחלבונים – אצל שמרים, חיידקים, צמחים ואפילו עזים טרנסגניות. ניסיונות אלה התאפשרו הודות להתקדמות הטכנולוגיה המשמשת להנדסה גנטית. למרות זאת, הסיבים שהצליחו לטוות באמצעים מלאכותיים נחותים באופן משמעותי בתכונותיהם ביחס לסיב ה-dragline הטבעי.
סיביקס מטריאל סאינסס, חברה ישראלית הממוקמת בירושלים, הצליחה לייצר סיבים שזהים בתכונותיהם לסיב קור העכביש. במערכת הביולוגית ובתהליכי הייצור שפיתחה החברה, היא מייצרת לראשונה בעולם סיבי קורי עכביש בהדירות גבוהה ובכמויות מסחריות. התכונות יוצאות הדופן שלו – חוזק, אלסטיות, עמידות ומשקל נמוך – מאפשרות לחברה לפתח מגוון רחב של מוצרי עילית יוקרתיים ברמה גבוהה בתעשיות שונות, כגון תעשיית הרכב, התעופה, המיגון והספורט, שיש בהן צורך בחומרים חזקים וקלים. גם בתעשיית המכשור הרפואי יש לסיב ביקוש בשל העובדה שהוא ביו-פולימר עם פרופיל מועדף של תאימות ביולוגית. לסיביקס שיתופי פעולה עם חברות מובילות שוק לפיתוח הדור הבא של המוצרים.

חיקוי התפלה ביולוגית
תהליכי התפלה מתרחשים בטבע אצל צמחי מלחות. הבנה של תהליך ההתפלה יכולה לקרב את העידן של התפלה טבעית, שאינה כרוכה בהשקעת אנרגיה וחומרים כימיים, ויש לה מעט תוצרי לוואי. קיימים שלושה מנגנונים עיקריים להתמודדות עם עודפי מלח בטבע – הפרדה במקור (מנגרוב), הפרשה דרך העלים (אשל, מלוח) ואגירה בעלים בשרניים (שַרשַר [Sarcocornia sp.], בן-טיון בשרני [Limbarda crithmoides], אוכם [Suaeda sp.]).
במיגל נחקר כעת מנגנון האגירה בעלים של מגוון צמחי מלחות ארץ-ישראליים בהתפלת שפכים תעשייתיים-חקלאיים. הלופיטים (צמחים ששורדים היטב בריכוזי מלח של 300 מילימולר או 8,600 מ"ג לליטר) נאספו ממקומות שונים בארץ שריכוזי המלח בהם גבוהים למדי, כמו ברֵכות המלח בעתלית שמייבשים בהן מלח מהים, ואזור ים המלח. תוצאות ראשוניות מראות שצמחים אלה אוגרים מלח בעלים בהתאם לריכוזי המלח הנמצאים בסביבתם, וכי ריכוז המלח בעלים יכול להגיע ל-5% ממשקלו הטרי של הצמח. יכולת האגירה הזו מיושמת במתקן ניסיוני לצורך טיפול מקומי בשפכי רפתות המתאפיינים בריכוזי נתרן גבוהים (איור 1). בשלב הנוכחי יש עדיין שימוש בטבע, כלומר בצמחי המלחות עצמם. בעתיד, לאחר שיובנו עקרונות ההתפלה, ייתכן שנוכל לבנות מערכת טכנולוגית ביומימטית המתפקדת באופן דומה. המחקר ממומן על-ידי האיחוד האירופי במסגרת הורייזון 2020: Brigade – גישור בין מחקר וטכנולוגיה להתמודדות עם שינוי האקלים.

 היתרונות הסביבתיים של הטכנולוגיות הללו ברורים. פלדה מיוצרת כיום בתהליכי ייצור עתירי אנרגיה הכרוכים בחימום לטמפרטורות גבוהות ובזיהום הסביבה. פיתוח סיב המחקה את תכונות קור העכביש יבטיח לא רק חומר חזק וגמיש יותר מפלדה, אלא גם חומר מקיים יותר, שתכונותיו הן נגזרת של מבנה ולא של תהליכי ייצור עתירי אנרגיה. גם תהליכי ההתפלה הקיימים כיום כרוכים בהשקעת אנרגיה לא מבוטלת. ככל שנתקרב בתפקוד מערכות ההתפלה לתפקוד של מערכות טבעיות, נזכה בפתרונות חסכוניים יותר באנרגיה ומקיימים יותר.

שתי הטכנולוגיות הוצגו בכנס השלישי לביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה, שהתקיים באוניברסיטת תל-אביב ב-8.6.2017.

 איור 1. מערכת ניסיונית לטיהור שפכי רפתות והתפלה ביולוגית, בכפר בלום

באגנים מלפנים שתולים צמחי מלחות בתוך זאוליט – מצע מינרלי מחליף יונים. הצמחים מימין לשמאל: ססוביום (Sesuvium portulacastrum), סָמָר ימי (Juncus maritimus), שַרשַר שיחני (Sarcornia fruticosa), בן-טיון בשרני (Limbarda crithmoides), אוכם חד-ביתי (Suaeda monoica). ברקע: תאים מאוּוָרים לפירוק חומר אורגני | צילום: ד''ר עזרא אורלובסקי







 

לבנים בהשראת צדפים

מאת: רינת ברקו פילוסוף
 
מדענים בסין יצרו  חומר סינתטי בהשראת אם הפנינה, חומר מבריק, ססגוני הקיים גם בקונכיות.

ציפוי אם הפנינה מופרש על ידי הרכיכות על מנת למנוע מגופים זרים לחדור את הרקמות הרכות שלהם. אם טפילים או פסולת נוחתים על פני השטח, הם נכלאים בהדרגה בתוך שכבות אם הפנינה. אם הפנינה מורכבת ב- 95% מסידן קרבונט, אך בשל מבנה שכבות ייחודי, החוזק המכני גבוה פי 3000 לעומת חוזק סידן קרבונט במבנה רגיל.

למרות שהחוקרים מכירים את המבנה של "הלבנים והטיח" של הצדף, שבו טסיות של סידן פחמן קשורות במטריצה אורגנית בשילוב עם כיטין, היה קושי לשכפל את המבנה בתנאי מעבדה.
 

בהשראת היכולת של הרכיכות ליצור "אם הפנינה", החוקר  Li-Bo ועמיתיו באוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין הצליחו לייצר  ציפוי קשה וססגוני בתבנית שכבתית. בעוד ניסיונות רבים לחקות את תהליך בניית הצדף כשלו, הצוות של Li-Bo צלח.

הצוות יצר מיכל מחולק שבו הם שפכו תמיסת chitosan. בתחילה הנוזל הוקפא ואחר כך יובש בוואקום . התערובת עברה תהליך של מינרליזציה במשך כמה שבועות - בכל חלק במיכל נוצר משטח בודד של צדף סינתטי. התוצאה לא הייתה צבעונית כמו אם הפנינה, כי המשטחים היו עבים מאוד, אבל הם היו דומים מאוד לחומר האמיתי. בבחינה מדוקדקת של הצדף הסינטטי התברר  כי המשטחים היו גדולים מאלו שנעשו באופן טבעי, מה שגרם לחומר להיות יותר שביר ופחות חזק מהחומר הטבעי. אבל פיתוח של טכניקת ייצור ייחודית זו מציעה דרך חדשה לחקות את אם הפנינה ולייצר חומר סינטטי בעל תכונות דומות. נראה כי בקרוב יהיה אפשרי להשתמש בחומר סינטטי זה  לייצור סוגים חדשים של חומרים מורכבים חזקים.
חשוב לציין שחוזקה של אם הפנינה אינו נגזר רק ממבנה החומר, אלא גם מנקודות שבירה ייעודיות – על כך בידיעה שפורסמה בידיעון מאי 2016.
 

תיקון עצמי של משטחים סופר הידרופוביים

מאת: יוסי כהן

 למשטחים דוחי מים (הידרופוביים) יש שימושים רבים וחשובים, כמו בשמשות קדמיות ברכבים, ובבקבוקים המכילים נוזלים צמיגים כמו קטשופ, מיונז, סירופים, חומרי ניקוי, ועוד. עד היום פותחו חומרים סופר הידרופוביים בעלי מבנים ננומטריים, בהשראת עלי הלוטוס או פשפשים "רצי – מים". החיסרון העיקרי בחומרים שפותחו עד היום הוא רגישותם לנזקים מכניים כמו שריטות מעצמים חדים, הפוגעות ברצף השכבה ההידרופובית, וגורמות בשל כך לאיבוד יכולתם לדחות מים.

קבוצת מדענים מאוניברסיטת פרייבורג בגרמניה,בראשות  J. Ruhe, פתרו בעיה זו ע"י פיתוח מבנה סופר הידרופובי בעל יכולת תיקון עצמית (self- healing), בהשראת מנגנון השלת העור של הנחש. הנחש משיל את עורו עם התארכותו, השכבה העליונה מוסרת ונחשפת שכבת אפידרמיס תחתונה.  ההשראה הובילה לתכנון משטח הידרופיבי בעל יכולת תיקון עצמי של שריטות ע"י השלת השכבה החיצונית השרוטה והפגומה וחשיפת השכבה התחתונה, שכבת סיליקון סופר הידרופובית.
 

למעשה התכן המוצע של המשטח "בר התיקון" של Ruhe מורכב משלוש שכבות, אחת מעל השנייה. השכבה העליונה היא פילם הידרופובי על בסיס הפולימר Perfluorodecyl Acrylate (PFA) , הידוע גם בשם "nanograss". יכולת דחיית המים של ה- "nanograss" נובעת ממבנה ננומטרי של חלקיקים בצורת קונוס, הבולטים מעל פני השטח. השכבה האמצעית מורכבת מפולימר מסיס מים Polyvinylpyrrolidone (PVP), המשמש ליישומים רפואיים, והשכבה התחתונה היא פילם סופר הידרופובי מסיליקון.

הרעיון הוא שכאשר השכבה העליונה נשרטת חודרים מים דרך השריטה וממסים את השכבה הפולימרית האמצעית. כתוצאה מכך השכבה הפגומה העליונה משתחררת מהמבנה, ונחשפת שכבת הסיליקון הסופר הידרופובית התחתונה.

המדענים מדווחים שהמבנה החדש "בר-התיקון" עדיין בשלבי פיתוח במעבדה, כאשר המטרה העיקרית היא לחזק את עמידות השכבה העליונה לשריטות שפוגעות בשכבות התחתונות.

אם יצליחו במשימתם זו הפטנט שלהם של מבנה רב שכבתי יקדם פיתוח מוצרים דוחי מים "ברי –תיקון".