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 2015


קוראים יקרים שלום,
בחודש נובמבר 2015, יתקיים הכנס השני לביומימיקרי- אקדמיה ותעשייה. הכנס יתקיים באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף לשכת המהנדסים והמעבדה לביומימיקרי, באוניברסיטת תל אביב, ביה"ס ללימודי הסביבה ע"ש פורטר. להלן הקול הקורא להרצאות לכנס.

בתי ספר יסודיים (כיתות ד-ו) המעוניינים לקבל מידע אודות התכנית השנתית לביומימקרי לשנת הלימודים הבאה, מוזמנים לפנות למייל: info@biomimicry.org.il
החודש נרחיב אודות חברת סילנטיס הישראלית המפתח דבק רקמות ביומימטי, בית חכם בהשראת הטבע, קפיצת דרך רובוטית בהשראת הצפרדע ושיטות גנטיות לשכלול תוכנות.

בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי

דבק רקמות ביומימטי

מאת: יעל הלפמן כהן

חברת סילנטיס מפתחת מוצרים חדשניים, המבוססים על חיקוי מנגנון ההדבקה של אצות, למגוון יישומים קליניים.
אצות ים נצמדות למשטחים שונים, כמו למשל סלעים וספינות, בסביבות של כוחות חזקים (כמו גאות ושפל או גרר הנובע מתנועת הספינה). האצות לא נפרדות מהמשטח בזכות מנגנון הדבקה, המבוסס על חומרים שהן מפרישות, חומרים שעמידים גם בסביבה רטובה.
במשך שנים רבות חקרה פרופ' חבצלת ביאנקו-פלד מהפקולטה להנדסה כימית בטכניון את מנגנון ההדבקה של האצות. מחקרה חשף את המנגנונים המעורבים ביצירת ההדבקה, ותורגם גם לשדה היישומי של אנלוגיות ביומימטיות אפשריות.

בעקבות הידע שנצבר אודות מנגנון ההדבקה הביולוגי והיכולת לחקות אותו בצורה סינטטית, החל בשנת 2007 במכון אמית בטכניון פרויקט, שהתפתח בהמשך לחברת ההזנק סילנטיס. כיום החברה עוסקת ביישום טכנולוגיית ההדבקה למגוון יישומים קליניים.
החברה מפתחת דבק רקמות ביומימטי נטול חלבונים, נספג בגוף, ידידותי לגוף ובעל כושר ספיחת נוזלים,המיועד למגוון רחב של אינדיקציות רפואיות. 
קו המוצרים פורץ הדרך של סילנטיס מתמקד בשלושה מוצרים:

ü      Seal-G  - אטם למניעת דליפות תוכן מעי מהשקות (אנסטומוזות) בניתוחי מערכת העיכול,

ü      חומר למניעת הדבקויות בניתוחים אורתופדיים, המיועד להאיץ את ההחלמה אחרי ניתוחי מפרקים, 

ü      Seal-V – אטם לעצירת דימומים מכלי דם.
                                      
                                      תמונה באדיבות חברת סילנטיס
 
החברה מעסיקה כיום כ- 12 עובדים ופועלת מהטכניון, חיפה.

תודה לתומר פוקס, מנכ"ל סילנטיס, שסייע בהכנת הידיעה


 

בית חכם – לא מה שחשבנו...

מאת: זיו כהני

כולם מדברים היום על "בית חכם" - שהכול בו אלקטרוני וחשמלי. הטבע מציע בית חכם קצת אחר...

מזמן ידוע, שאחד הדברים המדהימים בטבע היא היכולת להתאים את מה שצריך ולשנותו כדי לשרוד בתנאי הסביבה.
מחקר חדש שבוצע בבית הספר לאדריכלות של Pontifical Catholic University of Puerto Rico, על מבנים "מסתגלי מזג-אוויר" מתבסס על היכולת של מינים בטבע, כמו דבורים ומקקים, להבין את ה"רמזים" של הסביבה. המחקר מנסה להגדיר מבנה קל משקל, שמסוגל לחזות את תנאי מזג האוויר ויכול לשנות את הצורה של עצמו: נפח, צורה וכדו', כדי ליצור תנאי שהייה מותאמים.
מטרת המחקר לאפיין דגם של מבנה, היכול להימתח ולהתכווץ כדי להתאים את נפחו לטמפרטורה וללחות שהוא מרגיש בסביבתו.  הטמפרטורה והלחות ידועות כשני הגורמים המייצגים ביותר לחיזוי מזג אוויר. באזורים טרופיים למשל, לפני ירידת גשם צונחת הטמפרטורה והלחות עולה.
אחרי מחקר מעמיק שהעלה מהם המנגנונים שמהווים את הסנסורים, נעשה מחקר נוסף כדי למצוא מהם החומרים שיכולים "להרגיש" את הסביבה ולשנות את צורתם בהתאם. ניסויים שנעשו עם מתכות שונות הציגו תוצאות מוצלחות בהשגת שינוי בגודל כתוצאה משינוי בטמפרטורה. 
 
                            Authorship belongs to Glorimar Irizarry Delgado   

ידוע לכל כי חומרים מתרחבים כאשר חם ומתכווצים כאשר קר. אחד הרעיונות המהפכניים היה למעשה יצירת מבנה, שכאשר "ירגיש" שעומד לרדת גשם, יגדיל את נפחו, וכך יספק הגנה רחבה יותר ("מטריה גדולה יותר") מפני הגשם. הרעיון הזה, לכן, עומד בסתירה למה שאנחנו יודעים, כי הרי ככל שיותר חם, יש פחות סיכוי לגשם.
לצורך כך נעשו ניסיונות במתכות שונות, כולל כאלה שמשמשות בדרך כלל במכשור רפואי מתקדם. ניסויים נוספים נעשו סביב יכולות של עצים מסוגים שונים להתכווץ ולהתרחב כתלות ברטיבות שהם סופגים. שילוב  תכונות מתכות ועצים ועדכונים בהן, הם על פי החוקרים המפתח ליצירת אותו מבנה חכם.
הרעיון סביב מבנה כזה יכול כמובן לשמש בהמון מבנים סביבתיים, בעיקר באזורים בהם מתקיימים שינויים תכופים וקיצוניים במזג האוויר.

מקור הידיעה

קפיצת דרך רובוטית בהשראת הצפרדע

מאת: דפנה חיים-לנגפורד

בהמשך לפיתוח רובוטים בהשראת זוחלים, חרקים, מיני ציפורים ודגים, שיתוף פעולה בין מכון Wyss בהרווארד לפיתוח טכנולוגיות בהשראת הטבע, לבין בית הספר להנדסה בהרווארד הוביל לקפיצת דרך (...) על ידי פיתוח רובוט בהשראת הצפרדע.

אחד האתגרים בפיתוח רובוטים לשימוש באזורים מוכי אסון הוא הצורך בעבירות גבוהה מצד אחד ובעמידות הרובוט בפני שטח מאתגרים. הרובוט שפותח בהשראת הצפרדע, מורכב משילוב של אלמנטים גמישים ואלמנטים קשיחים. השילוב הזה מאפשר לרובוט, לפי החוקרים, לקפוץ ממקום למקום ולנחות בצד הנכון המאפשר המשך תנועה, עם מינימום פגיעות במבנה הרובוט.

הפיתוח הנוכחי יאפשר פיתוח עתידי של רובוטים בעלי מבנה גמיש ועמיד, לתנועה בחללים צרים ולמעבר בין מכשולים בסביבה לא צפויה ואף מסוכנת מבחינת פני השטח.

הרובוט, שפותח בהובלת Nicholas Bartlett נבנה באמצעות מדפסת תלת ממד, ובתשע שכבות שונות בעלות טווח גמישות משתנה, מגמיש ביותר לקשיח. בתוך הליבה הקשיחה של הרובוט נמצאים הסוללה ומדחס האוויר, המאפשרים את ההנעה של הרובוט. חלקים גמישים יותר בונים את הגוף ואת שלושת הרגליים המשמשות לקפיצה ולנחיתה.

על מנת לקפוץ, הרובוט מנפח את אחת הרגליים כדי להטות את הגוף לכיוון הרצוי. תערובת של בוטן וחמצן מוזרמת לחלק העליון ליצירת בעירה.  ברגע ההצתה, גוף הרובוט, שהוא למעשה בלון גדול, מתנפח במהירות, דוחף את הרובוט מהקרקע וגורם לו לקפוץ באוויר למרחק של כמטר. השכבות הרכות מסוגלות לספוג את הנחיתה, תוך שמירה על שאר האלמנטים שמהם בנוי הרובוט.

 

פיתוח של רובוטים מחומרים גמישים במקום ממתכות נמצא היום במרכז העשייה המחקרית בנושא, כאשר הצורך לפתח חלקים נעים מחומרים גמישים חשוב לא רק לרובוטים הפועלים באזורים מוכי אסון, אלא גם בפסי ייצור המשלבים אנשים עם מכונות. רובוטים אלה בעלי יכולת התאמה לסביבה, בטוחים יותר לאדם ועמידים יותר מהרובוטים הקשיחים.
 

אבולוציה של תוכנות

מאת: יובל שרמן

הנדסת התוכנה מאמצת שיטות גנטיות לשכלול תוכנות באופן אוטומטי ולשיפורן

למרות התקדמות ניכרת בסביבות פיתוח תוכנה, תכנות עדיין כולל פעילויות אנושיות שהן משעממות, חוזרות על עצמן, ומועדות לשגיאות. מחקר רב נעשה בשנים האחרונות במטרה ליצור מערכת תוכנה שיודעת לכתוב תוכנה בעצמה, או לפחות לבצע שינויים בתוכנה קיימת, במטרה לשפר אותה ולפתור בה בעיות.

תכנות גנטי (Genetic Programming)  היא שיטת הנדסת תוכנה, בה לוקחים אוסף של תוכנות המנסות לפתור בעיה ספציפית, ומתייחסים אליהן כמו אל פרטים באוכלוסייה ביולוגית. לדוגמה, יוצרים אוכלוסייה התחלתית של תוכנות היודעות לשחק משחק פשוט – שחקנים. תוכנת טורניר יודעת להריץ את תוכנות השחקנים זו מול זו, כדי למצוא את השחקנים הטובים ביותר. השלב הבא הוא כתיבה של תוכנה, שמשתמשת בטכניקות "גנטיות", כמו החלפות ומוטציות, כדי לעשות שינויים בקוד המקור של תוכנות השחקנים. כך יוצרים גרסאות נוספות של תוכנות השחקנים, מוסיפים אותן לאוכלוסייה ההתחלתית, ומריצים אותן כנגד השאר. כך מריצים את המערכת בשלבים, כאשר בכל שלב מריצים טורניר שמטרתו למצוא את הפרטים המצטיינים, ומשתמשים ב"גנים" שלהם כדי לייצר פרטים נוספים, וחוזר חלילה. המטרה היא להגיע לאחר מספר שלבים לשחקן בלתי מנוצח.

במאמר "איך מחשבים לומדים לשפר תוכנה כך שתהיה יעילה יותר" באתר The Conversation, מוצג מחקר שמתקדם צעד נוסף לעבר תכנות אוטומטי. המחקר משתמש בשיטות של תכנות גנטי ושל הנדסת תוכנה מבוססת חיפוש (Search Based Software Engineering) כדי לשתול פונקציונאליות חדשה בתוכנה קיימת, בצורה אוטומטית. הדוגמה המובאת במאמר היא של תוכנת מסרים מידיים בשם Pidgin, שלה הוספה היכולת לתרגום סימולטאני של הטקסט לשפות נוספות. המערכת ערכה שינויים בקוד המקור של Pidgin, הוסיפה קוד חדש, בדקה גרסאות רבות של התוכנה והמשיכה לשכלל אותה, דור אחרי דור, עד שהשיגה את היעדים שהוצבו עבורה.

דוגמה נוספת היא שימוש בטכניקה בשם רשתות נוירונים (Neural networks), בה מנסים לחקות את מבנה הנוירונים במוח כדי ליצור מערכת תוכנה שיכולה ללמוד. הנה דוגמה למערכת כזאת, שלמדה לבד איך לשחק במשחק המחשב "סופר מריו". גם כאן מריצים את המשחק שוב ושוב כך שהתוכנה מנסה מה קורה במצבי משחק שונים, ומהרצה להרצה לומדת ומשתפרת.


ככל שישתפרו מערכות בינה מלאכותית, וידעו לעבוד על בעיות תוכנה מורכבות יותר, יש לקוות שיוכלו לפתור בעיות שמתכנתים אנושיים לא יוכלו להן. מצד שני, התוצאה תהייה תוכנות כה מסובכות להבנה ע"י בן אנוש, שיהיה בלתי אפשרי לצפות את התנהגותן בכל מצב, או לתקן בעיות שיימצאו בהן.