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 נובמבר 2014

קוראים יקרים שלום,
 
פעילות ערה מתרחשת בימים אלו במערכת החינוך. התכנית ביומימקרי לבתי ספר יסודיים יצאה לדרך, והשתלמויות רבות מועברות על ידי ארגון הביומימיקרי הישראלי במרכז הארצי להתפתחות מקצועית לעובדי הוראה בשלומי.

אנו עומדים בפני פתיחת המחזור השלישי של הקורס "מבוא לביומימקרי". לפרטים אנא פנו למייל: Info@biomimicry.org.il

החודש נציג טכנולוגיית אריזה חדשנית בהשראת הטבע, המאפשרת לארוז מוצרים ומשקאות בשכבה אכילה, עשויה מחומרים טבעיים, וללא פלסטיק.  נתמקד בדג הקשת ודג הנמר המצטיינים בציד של מטרות נעות מעל המים, תוך התמודדות עם השתברות האור במפגש בין המים לאוויר. נרחיב אודות עדשות נוזליות, בהשראת עיני בעלי חיים, הנמצאות כיום בחזית הטכנולוגיה בתחום האופטיקה. נסיים בסקירת התערוכה אודות פועלו של האדריכל דויד ינאי - כמובן, ממבט ביומימטי.
 
בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי
 

כיצד הטבע אורז את מוצריו ?

מאת: יעל הלפמן כהן

Wikipearl היא טכנולוגיית אריזה חדשנית בהשראת הטבע, המאפשרת לארוז מוצרים ומשקאות בשכבה אכילה, עשויה מחומרים טבעיים, וללא פלסטיק.

אריזות תופסות נפח רב בסל הקניות שלנו ובהמשך בפח האשפה ובאתרי הפסולת. האריזות בטבע לעומת זאת מתפרקות ו.....אכילות. אם היינו יכולים לאכול את האריזות שלנו, הייתה בעיית האריזות נפתרת בדרך אלגנטית, יעילה, מזינה וטעימה... כמו בטבע. השאלה היא אם ניתן לייצר אריזות כמו בטבע.

את השאלה הזאת בדיוק שאל פרופ' דויד אדוארדס, ממציא בהשראת הטבע, מאוניברסיטת הארוורד. שיתוף פעולה שלו עם מעצב ועם ביולוג הובילו לגיבוש הרעיון התכנוני של האריזה האכילה. התגובות הנלהבות ושותפים פוטנציאלים הביאו להקמת חברת ההזנק Wikifood ולגיוס הון מקרנות הון סיכון מובילות בארה"ב.

מקור ההשראה לפיתוח, אם כן, הן אריזות בטבע הבאות לידי ביטוי במגוון צורות ומקומות. קליפת הענב למשל היא אריזה שאינה רק מגנה מפני אובדן נוזלים וכניסת מזהמים, אלא גם מספקת חומרי הזנה ייחודיים. זהו תכנון רב תפקודי במיטבו. 

הטכנולוגיה מוגנת הפטנט שפותחה, WikiPearl, היא אריזה מהפכנית  למזון ומשקאות, נטולת פלסטיק, ועשויה מרכיבים טבעיים אכילים, מזינים, ומתכלים. האריזה עשויה מג'ל אלקטרוסטטי המבוסס על אינטראקציות בין רכיבי מזון טבעיים , יונים מזינים ורב סוכרים. מבנה זה אטום יותר בפני מים וחמצן יחסית לחלופות אחרות. האריזה האנלוגית לקליפת הפרי מותאמת למגוון משקאות ומוצרי מזון.

                               גלידת תות. תמונה באדיבות Wikipearl

יתרונות האריזה החדשנית ברורים: אריזה נישאת, ידידותית לסביבה, מספקת ערכים תזונתיים, יוצרת טעמים ייחודיים ומספקת חווית אכילה אחרת. בין היישומים אריזה לגלידה השומרת על קור לאורך זמן ארוך יותר מאריזות רגילות ויוגורט הנאכל עם אריזתו, ללא צורך בכפית, ברחיצת כלים, בהליכה לפח או לתחנת המחזור הקרובה.

הטכנולוגיה כבר זכתה בפרסי חדשנות וזוהתה על ידי מגזין הניו יורק טיימס כאחת מ- 32 ההמצאות שישנו את המחר. ללא ספק מדובר במהפכה אמיתית בדרך בה אנו אורזים כיום את מוצרינו.  בתאבון !

דגים כתגובנים

מאת: שמעון בוגן

דג הקשת ודג הנמר מצטיינים בציד של מטרות נעות מעל המים, תוך התמודדות עם השתברות האור במפגש בין המים לאוויר.
 
תגובן – טוקבקיסט (חלופון, האקד' ללשון העברית).
תגובית – טוקבק.

אתר הידען מפנה את תשומת לבנו לפיתוח המצאה של פריסקופ וירטואלי עבור צוללת חמקנית, כזה שאינו כרוך בהרמתו אל פני הים או מעליהם ולכן מקשה עוד יותר לגלות את כלי השייט. הטכנולוגיה החדשנית והמתוחכמת מפותחת ע"י קבוצת מדענים ומהנדסים בראשות יואב שכנר, פרופסור בפקולטה להנדסת חשמל בטכניון.

כדי להתוודע לנושא המרתק ולפרטים כדאי לגשת לכתבה של הידען המצורפת בקישור.

 כפי שמוסבר בכתבה "המכשול העיקרי בדרך לבנייתו של פריסקופ תת-ימי הוא השתברות האור במפגש בין המים לאוויר. תופעה זו מוכרת לכל מי שצלל אי פעם בבריכה והביט למעלה, או הכניס כפית לכוס מים: כאשר קרני האור חודרות למים, הן נשברות, ופירוש הדבר שהעצמים שמחוץ למים (או בתוך המים, בדוגמת הכפית) נראים מעוותים. ככל שפני המים גליים יותר כך מתעקמות קרני האור בכיוונים שונים, וכתוצאה מכך מתעוותים יותר העצמים שבחוץ.".
 
לעומת החוקרים, דג הקַשָּת Archer fish)) אינו מוטרד או סובל ממגבלה זו. הדג צד את החרקים שבתזונתו ע"י ירייה של סילון מים חזק אל מעל לפני המים, כשכל גופו, ראשו ועיניו נמצאים מתחת להם ורק קצה פיו משורבב לפני המים. הדג מכוון ופוגע בחרק בדיוק רב למרות העיוות המוזכר לעיל. מומלץ לצפות בסרטון המצורף בקישור המדגים את דג הקשת בפעולה.  


                         דג הקשת. תמונה מאת Trisha Shears, תחת רישיון cc 3.0
 
אחד הקוראים התגובנים לכתבה על פיתוח הפריסקופ לא התרשם במיוחד, גם לא מהדג. טענתו, המוצדקת, "לגבי הדגים, הם צדים חרקים שנמצאים בערך 70°-90° מעליהם, וגם זה נעשה באגם שקט ללא גלים"
 
על תגובית זו נותן דג הנמר (Tiger fish) מענה מוחץ וקטלני, בצורה של ציד סנוניות במהלך מעוף מהיר שלהן מעל למים. הציד מתחיל במעקב תת מימי תוך כדי תנועה, ממשיך בהאצה מהירה של השחייה, עובר לזינוק אל מעל המים הסוערים ומסתיים בלכידה מדויקת של ציפור המטרה.  מידע וסרטון המדגים את דג הנמר בפעולה מצורף בקישור.
 

עדשות נוזליות בהשראת האופטיקה של העין

מאת: עודד שמיר

עדשות נוזליות, בהשראת עיני בעלי חיים, נמצאות בחזית הטכנולוגיה בתחום האופטיקה.

מה נראה כמו תכנון אופטי נכון יותר, תמונה א' או ב'?


                            תמונה א מאת Neon Tommy's תחת רישיון cc 3.0

כנראה שתמונה ב', לפחות מהסיבה הפשוטה שהיא כוללת קצת פחות עדשות.
העין האנושית כוללת עדשה קשיחה חיצונית (קרנית) בעלת השפעה קבועה על האובייקט הנראה, ועדשה נוזלית פנימית שיש לה יכולת לשנות את קימורה. פעולה זו מתרחשת בהתאם לנקודה אליה אנו מתבוננים, באמצעות שריר טבעתי המותח את העדשה ומרפה אותה. פעולה זו נקראת אקומודציה, מעין שילוב של זום ופוקוס בפעולה אחת.
למעשה, כמעט כל חיה זקוקה למנגנון אקומודציה כדי לעבור במהירות ממבט קרוב לרחוק או להפך, ולשם כך רובן משתמשות במנגנון הכולל עדשה נוזלית בקונפיגורציות שונות.

מזה עשרות שנים מפורסמים מאמרים ונרשמים פטנטים בתחום צר באופטיקה, המכונה "עדשות נוזליות", בהשראת העדשה האקומודטיבית שבעין האנושית, אולם מעטים המוצרים שיצאו לשוק.
נאס"א לדוגמא, פיתחה משקפיים לאסטרונאוטים המאפשרים אקומודציה ידנית באמצעות עדשה נוזלית, למקרה שחל שיבוש בראייה של האסטרונאוט בחלל או שהוא נמצא בזווית עבודה קשה.

חברות אופטיקה קלאסיות, המייצרות כוונות טלסקופיות, משקפות, מצלמות וכו' משתעשעות שנים ברעיון, הן מודעות ליתרונות העצומים של עדשות נוזליות, שיוכלו, כמו בטבע,  לעבור במהירות ממצב ראיה אחד לאחר, שיהיו עמידות לרעידות ושברים, בעלות שחיקה נמוכה, חסכוניות מאוד באנרגיה, יכילו מעט חלקים נעים ויהיו זולות מאוד לייצור.

בין השימושים העיקריים של עדשות נוזליות כיום ניתן למצוא גלאי ברקוד ומכשור ביומטרי אשר דורשים פוקוס במהירות גבוהה.
חברת NuLens הישראלית פיתחה עדשה נוזלית להשתלה תוך עינית, המחליפה את העדשה הטבעית אצל אנשים שלקו בקטרקט, כלומר העדשה שלהם הפכה עם השנים לעכורה וצמיגותה נפגעה. החברה קיבלה השראה מעיניהן של ציפורי מים* אשר צריכות לראות במים היטב כמו באוויר, וברגע שהן צוללות אל תוך המים העדשה שלהן נלחצת כנגד הקשתית ומייצרת עדשה קטנה יותר, בעלת רדיוס קטן בהרבה המתאים לסביבה המימית.
העדשה המושתלת נלחצת כנגד טבעת פלסטיק המעוגנת לגלגל העין, ובכך נוצרת עדשה המופעלת כמו העדשה המקורית ע"י השריר הטבעתי שדוחף אותה קדימה.

* כדוגמת ה- Hooded Merganser הנראה בתמונה הבאה יחד עם חתך העין שלו באויר ובמים:


                     Hooded Merganser  מאת Makcolm תחת רישיון cc 2.0
                    

 
                          תמונת עדשה באדיבות חברת NuLens
                         תמונת חתך עיניים מתוך Journal of Ophthalmology
                                   
עולם האופטיקה התפתח לאורך עשרות שנים בכיוון של ריבוי עדשות, מכניקה מדויקת, עדשות משונות וציפויים מיוחדים. כשנכנסה המהפכה הדיגיטלית ביצע השוק קפיצת מדרגה באמצעות עיבוד תמונה, סנסורים מתוחכמים, מחשוב מהיר ואלגוריתמים מורכבים, אבל גם כוח המחשוב החזק ביותר תמיד ידרוש אופטיקה בסיסית.
נראה ששוק הסלולר מעמיד סף גבוה של דרישות טכנולוגיות בפני מגמת מיזעור המצלמה הכלולה במכשירי הטלפון הניידים, עובדה שתסייע לעדשות הנוזליות לפרוץ לתודעה – ולשוק.

חברת Varioptic פיתחה עדשה נוזלית המשנה את זווית הקימור שלה באמצעות שינוי מתח חשמלי במקום על ידי תזוזה מכנית, ובכך העלתה את דיוק המערכות והוסיפה ממד של יציבות (Stabilization) לתמונה. עדשותיה נמצאות בטלפונים החכמים של רבים מאתנו. ראו סרטון מצורף בקישור המדגים את מנגנון העדשה.

לאורך השנים הצעידה האקדמיה את תחום העדשות הנוזליות קדימה.
דוגמא אחת יכולה להמחיש לאילו כוונים עשוי התחום הזה להתפתח בעתיד. בדוגמא זו נחזור להתחלה, לטבע ולביומימקרי, ונראה כיצד הצליחו באוניברסיטת אוהיו לשלב בין יתרונותיה של העין האנושית, המאפשרת ראיית עומק ופוקוס מהיר, ועיניהם של חרקים, שאינם יכולים לשנות את ראיית העומק אולם יש להם זווית ראייה רחבה ביותר, בזכות עדשות קטנות ורבות על גבי העין. בפרויקט זה שולבו עדשות קטנות רבות על גבי עדשה נוזלית אחת ובכך התקבלה זווית ראיה רחבה במיוחד, יחד עם מנגנון שינוי פוקוס מהיר.

                                         
                             תמונה מאת Sam Droege תחת רישיון cc 2.0

 
תחום העדשות הנוזליות הוא אחד התחומים המובילים של פיתוחים טכנולוגיים, המאפשרים לעולם האופטיקה להתפתח בקצב מהיר, היום בסלולר ומחר ברכבים אוטונומיים ומיחשוב לביש.
 
 
                  

דוד ינאי: אדריכלות וגנטיקה

תערוכה בגלריה לאדריכלות במוזיאון תל אביב
נעילת התערוכה: יום שבת 21 פברואר 2015

מאת: אדר' אילנה קוזניץ

דוד ינאי (1935-2006) היה אדריכל פורץ דרך, שנוי במחלוקת ובולט בנוף הישראלי. יכולותיו האנליטיות והעיצוביות וכשרונו הביאו אותו להישגים מרשימים, ביניהם בניית שני הפרויקטים המשמעותיים ביותר שלו, שניהם בחיפה: בית הלוחם והמכון לחקר הימים והאגמים. במהלך בניית בית הלוחם חשף ינאי מחדלים בהתנהלות הקבלן ועורר סביב הנושא מהומה גדולה, לרבות תלונה במשטרה על הונאה. הוא אמנם זכה במשפטים שהיה מעורב בהם, אך פרשיה זו סתמה למעשה את הגולל על עבודתו כאדריכל בונה. מאז המשיך את העשייה המקצועית באפיקים אחרים - מחקר אדריכלי, השתתפות בתחרויות אדריכליות לתכנון פרוייקטים (שבהן זכה במקומות גבוהים אך לא במקום הראשון שמשמעותו בניית הפרוייקט), וכן בהוראה בטכניון, שדרכה השפיע על דורות של סטודנטים (ואני ביניהם). במסגרת המחקר האדריכלי בנה בין השאר את 'קטלוג הצורות' (ובאנגלית  Catalog - Genetic Form Generators  או ה-'מצגת' כפי שהוא מכונה בתערוכה) שהוא למעשה פרוייקט שאפתני לקיטלוג תבניות ארגון מרחביות, שבתוכו סיווג את עבודותיו שלו לפי תבניות שלדיות כדוגמת טבעת מביוס, שטיח, ספירלה וכדומה. הוא היה בין הראשונים להבין את העוצמה הטמונה במחשב, והיה שותף לפיתוח תכנת ARC+ שתוצריה היו דגמי מחשב תלת ממדיים וסרטונים. למרות שרק חלק מהבניינים שתכנן נבנו בפועל, הותיר אחריו ינאי ארכיון גדול של דגמים פיזיים שעיטרו את משרדו בחיפה, וכן דגמי מחשב, סרטונים ופרזנטציות.
בהפשטה רבה ניתן לתאר את מורשתו של ינאי כניסיון לנסח כללים אוניברסאליים לתכן אדריכלי שאינו תלוי זמן, מקום או הקשר. הוא ראה בעבודת האדריכל סוג של עבודת בריאה, ולכן נעזר, לצורך המחשת רעיונותיו, במושגים מופשטים השאובים מעולם הטבע.



גנטיקה ואבולוציה

לינאי הייתה דרך ייחודית לגשת לסוגיות תכנוניות, אותה גם דאג להנחיל לתלמידיו. לגביו זיהוי ואבחון המשפיעים היסודיים, התכונות ה-'גנטיות' של מושא התכנון, מהווים חלק ניכר מהפתרון התכנוני, מכאן ניתן לקבל מאפיין צורני ראשוני. בשלב הבא נכנסים משפיעים נוספים, משפיעי משנה - אז נוצרת המוטציה הגנרית - עדיין נזהה את המאפיינים הצורניים הבסיסיים, אך בדפורמציה מסוימת. אם התוצר שהתקבל אינו מתפקד כראוי יש לחזור על התהליך ולחפש, תוך שאיפה לתוצר משוכלל, שייתן מענה למכלול ה-'משפיעים'. תהליך דינמי זה יכול לחזור על עצמו שוב ושוב (לעתים כאשר חלק מהפרמטרים משתנים), ולייצר סוג של ברירה טבעית מלאכותית, בניגוד לזו בטבע הנמשכת דורות, מואצת ע"י האמצעים שברשותנו.

יעילות

בעיני ינאי, רכיב מבני שהיה לו רק שימוש אחד הוא רכיב 'מבוזבז'. בדומה למערכת טבעית שבה גזע העץ הוא גם הקונסטרוקציה וגם מוביל את המים לשאר החלקים, ינאי חיפש סינרגיה ברכיבי מבנה התורמים לטיב המבנה ביותר מאספקט אחד, ויוצרים מבנה מדויק, חסכני, ברור ויעיל. אפשר לראות זאת, למשל, בהשתלבות החלונות באגדים הקונסטרוקטיביים של בית הלוחם.

מרחבים תאיים

ינאי דימה את הפונקציות או השימושים לתאים (לדוגמה - דירה, משרד), המתקיימים לצד מרחבים בין-תאיים שנועדו לשרת אותם (לדוגמת מערכת תנועה, מעטפת המבנה). כל תכן פיזי הוא למעשה קונגלומרט של תאים מוגדרים מעטפתית ומאורגנים על פי שלד מסוים. אפשר למיין את התבניות השלדיות לפי 'קטלוג הצורות'.


פרקטלים
הפרקטל הוא מבנה החוזר על עצמו בכל קנה מידה שבו נסתכל בו (דוגמה - מבנה עורקים של עלה). עבור ינאי, בתכנון אדריכלי, בדיוק כמו בטבע, לקנה המידה אין משמעות. תופעה יכולה להיות רלוונטית ברמה אורבנית או ברמת המיקרו, ומגוון הפתרונות מתוך 'קטלוג הצורות' יוכל לכסות אותה.


לסיכום
ינאי היה אדריכל בעל יכולות יוצאות דופן, חזון וחוש נבואי. גם הנהיה שלו אחרי תופעות וחוקי טבע מובנת בהקשר זה. אפשר לומר שהקדים את זמנו, וכי עתה אנו נחשפים לאמצעים דיגיטליים, שעם הזמן יאפשרו לנו לממש חלקים מחזונו ולהגיע לתכנון מושכל באמת, תוך שאיבת השראה מהטבע הסובב אותנו.

אצר את התערוכה וערך את קטלוג התערוכה - אדר' ד"ר ערן נוימן
הידיעה מתבססת על תכנים מקטלוג התערוכה ועל שיחות עם אדר' גדי פוליטי ואדר' יואל דבוריינסקי שעבדו במשרדו של  דוד ינאי.