ביו מי? ביומימיקרי

רכבת השינקסן ביפן – בהשראת מקור השלדג. צילום: unsplash ו-pixabay
רכבת השינקסן ביפן – בהשראת מקור השלדג. צילום: unsplash ו-pixabay
08 דצמבר 2024
טכנולוגיה? חדשנות? מתברר שלא צריך ללכת רחוק, חלק גדול מהפתרונות נמצא כאן כבר מיליוני שנים, אנחנו רק צריכים להסתכל על הטבע שסביבנו, להבין אותו ולחקות אותו. וכן, זה כבר מדעי, וגם יש לזה שם: ביומימטיקה

 

מאת: אורלי לקר כהן
עריכה מדעית: ד"ר יעל הלפמן כהן, מחברת הספר
המצאות הטבע

אם תביטו ברישום הבא, תראו שרטוט שנוצר לפני יותר מ-500 שנים, ובו תכנון של מכונת תעופה המעוצבת ככנפי העטלף. הרישום הזה הוא פרי קולמוסו של ליאונרדו דה וינצ'י, שהיה צייר ופסל מפורסם, אבל גם מדען וממציא המצאות מוכשר. תשוקתו של דה וינצ'י לעוף הביאה אותו לחקור את מעוף הציפורים ולתכנן מכונות שחיקו את אופן התעופה של ציפורים ועטלפים. דה וינצ'י לא רק שהבין את החשיבות של למידה מהטבע, אלא גם השתמש בעקרונות הטבעיים כדי לשפר את המצאותיו ולמצוא פתרונות יצירתיים לבעיות טכנולוגיות.
 
במובנים רבים, היה ליאונרדו דה וינצ'י מראשוני המדענים בתחום הביומימיקרי.

 

תכנון של ליאונרדו דה וינצ'י למכונת טיסה משנת 1505. כנף המטוס מעוצבת על פי כנף עטלף. צילום: ויקיפדיה

חיקוי הטבע

הביומימיקרי או הביומימטיקה (ביו=חיים; מימטיקה=חיקוי) הוא ענף במדע המחקרי. לפי גישת הביומימיקרי – חיקוי הטבע האדם לומד מהטבע ומיישם עקרונות תכנוניים בעיצוב ובפיתוח טכנולוגיות חדשות. הנחת היסוד היא שאתגרים רבים המעסיקים את האנושות כבר נפתרו בטבע באופן יעיל, אלגנטי ומקיים.

משחר האנושות לומד האדם מהטבע, אך הטכנולוגיה כיום מאפשרת ללמוד ולחקות את פתרונות הטבע כפי שלא יכולנו בעבר. למשל חיקוי של התרוממות בקצה הכנפיים של עופות דורסים לשבירת מערבולת קצה כנף, המזוהה כיום ככנפונים במטוסים; חיקוי פני השטח של חיפושית מדבר נמיב, הקוצרת מים מהאוויר – ומשמשת השראה לתכנון מערכות לקצירת מים.
 
ביומימיקרי מאפשר פיתוח של פתרונות יעילים, חסכוניים וידידותיים לסביבה, בהשראת פתרונות הטבע. בתהליכי תכנון ביומימטיים אפשר ליצור מוצרים, תהליכים ומערכות שפותרים את אתגרי העיצוב הטכנולוגיים הגדולים ביותר שלנו באופן בר קיימה ובהרמוניה עם החיים על פני כדור הארץ.

הסיפור של הסקוטש (צמדן)

אחת הדוגמאות היותר מפורסמות של ביומימיקרי היא הצמדן המוכר. כן, זה שסוגר לכם את התיק, את מעיל הרוח או את הנעל.
 
בשנות ה-40 של המאה הקודמת, הבחין ג'ורג' דה מסטראל, מהנדס שווייצרי, שזרעי צמח הברדוק (לפה גדולה) נדבקו לגרביים שלו ולגופו של הכלב שלו בזמן שטיילו בהרים. לאחר בדיקה נוספת, הוא ראה שלזרע יש ווים זעירים שמתחברים לפרוות הכלב. דה מסטראל החליט לקחת את זה הלאה, ויצר מוצר המתבסס על רצועת ווים חזקים זעירים המתחברת לרצועה דמוית פרווה. הוא קרא לו צמדן, ומאז סוף שנות ה-50 של אותה מאה הוא רק מצמיד ומצמיד...
צמח הברדוק (למעלה), והצמדן. צילום: pexels ו-pixabay
צמח הברדוק (למעלה), והצמדן. צילום: pexels ו-pixabay

השלדג, הינשוף והרכבת המהירה ביפן

רכבת הקליע היפנית (ה"שינקנסן"), שפועלת כבר משנות ה-60 של המאה הקודמת, יצרה מהפכה בעולם התחבורה, אך למרות החדשנות שלה, היה אתגר אחד שהמתכננים שלה לא הצליחו להתגבר עליו: הרעש. מכיוון שהרכבת מהירה מאוד במהלך הנסיעה, ובעיקר כאשר היא יוצאת ממנהרה, לחץ האוויר משתנה, ובעבר היה נוצר גל רעש חזק שהפריע מאוד לתושבים באזורים שקרובים למסלולי הרכבת. כדי לפתור את הבעיה, מהנדסי רכבת הקליע ביפן פנו לפתרון מעולם הביומימיקרי. הם לקחו השראה משני בעלי כנף: ינשוף ושלדג.
 
הינשופים ידועים ביכולת הציד השקטה שלהם, והסיבה לכך נעוצה בנוצות הכנפיים המסתיימות בצורת זיזים קטנים, בדומה למבנה מסרק. מערבולת האוויר מתפרקת למערבולות קטנות במפגש עם הזיזים, וכך הרעש מתפרק. כיום על גג משאיות ורכבות יש התקן של מחולל מערבולות המחקה את מבנה הבליטות על הנוצות ומאפשר תנועה שקטה. פתרון זה מיושם גם על רכבת הקליע.
 
פתרון אחר לגל הרעש שנוצר כתוצאה מהמעבר של הרכבת מהמנהרה לאוויר הפתוח, התגלה במקור השלדג. מהנדס הרכבת הראשי, שהיה חובב ציפורים, הבין שהשלדג, כשהוא נכנס למים במהירות, מתגבר על השינוי הפתאומי בהתנגדות של המים באמצעות המבנה האווירודינמי של המקור שלו. כך הוא צולל במהירות וכמעט שאינו מתיז מים בעת החדירה למים. חזית הרכבת עוצבה מחדש בהשראת מקור השלדג, והרכבת הפכה יותר אווירודינמית, בהתאמה פחת גם זיהום הרעש ביציאה מהמנהרה, והשקט חזר.
רכבת הקליע, השלדג והינשוף. צילום: unsplash
רכבת הקליע, השלדג והינשוף. צילום: unsplash

מה בין חדק היתושה ובדיקת דם שלא מכאיבה?

אנו, בני האדם, חלוקים בדעותינו כמעט על הכול, אבל יש משהו שוודאי כולנו נסכים עליו: יתושים יכולים להיות מאוד מעצבנים ומציקים. הם התפתחו יחד איתנו והפכו להיות יעילים וערמומיים, והגדילו לעשות כאשר אימצו מגוון כלים, פיזיים וכימיים, שבעזרתם הם מקהים את חושינו בזמן שהם עוקצים אותנו...

אז איך באמת אנחנו לא מרגישים את רגע העקיצה? זה קורה בזכות חדק המציצה הייחודי של היתושה, העשוי ממספר מחטים שונות, שלכל אחת מהן שימוש אחר. החוקרים ראו ועשו: הם חיקו את חדק היתושה המכיל בליטות טבעתיות המפחיתות את המגע עם העור, ומכאן גם את הגירוי העצבי ואת תחושת הכאב. המחט הייחודית, המתאימה לבדיקות סוכר, למשל, הפחיתה משמעותית את הכאב הנגרם מהחדרתה.
חדק המציצה הייחודי של היתושה היווה השראה למחט שדקירתה לא מכאיבה. צילום: pixabay
חדק המציצה הייחודי של היתושה היווה השראה למחט שדקירתה לא מכאיבה. צילום: pixabay

דבק כירורגי באדיבות השבלולים

ישנם שבלולים שניחנו בכוח על: הם יכולים להדביק את עצמם למשטחים רטובים וגם להיות גמישים מספיק כדי לזוז ולתמרן. מתברר שהריר של השבלולים הוא לא רק סופר דביק, אלא גם סופר חזק. בעולם הרפואה חיפשו רופאים ומדענים דבק כירורגי שיוכל לתקן איבר קריטי ועדין כמו הלב שלנו, דבק שיחליף את התפרים והסיכות. וכאן נפגשו שני העולמות.
 
החוקרים גילו שכאשר השבלול פוחד, הוא מפריש ריר שמדביק אותו כל כך חזק למקומו, עד שציפורים ושאר טורפים לא יכולים למשוך אותו מהעלה שאליו הוא נדבק, אפילו מעלה רטוב. הריר הזה היווה את ההשראה עבור המדענים ליצירת דבק ניתוחי, היידרוג'ל דו שכבתי, המחקה את ריר השבלולים. הדבק כבר נבדק על לבבות חזירים ועל חלקים אחרים של בעלי חיים והוכתר כהצלחה. ובפעם הבאה שנראה את הזוחלים הריריים הללו, ראוי שנודה להם על השירות לקהילה.
 
אז כשאתם מסתובבים בטבע, פקחו עיניים, אולי ההמצאה הטכנולוגית הבאה עומדת ממש מולכם...
צילום: pixabay
צילום: pixabay