פתיחת התפריט הראשי

אקו-ויקי β

ביומימיקרי

ביומימיקרי (באנגלית: Biomimicry) או ביומימטיקה היא דיסציפלינה רב-תחומית המקדמת חיקוי ולמידה מהטבע בניסיון לתת פתרונות טכנולוגיים ועיצוביים בדרכים מקיימות. השראה מהטבע יכולה לבוא לידי ביטוי בקבלת רעיונות לתכן, לפתרון מבני פונקציונלי, לפתרון תהליכי ולפתרון מערכתי. משמעות המונח ביומימיקרי היא חיקוי החיים (Biomimicry: Bio=life; mimesis=imitate).

הנחת היסוד של התומכים בביומימיקרי היא שהפתרונות למרבית הבעיות שבהן נתקל האדם כבר נפתרו בדרך מקיימת לאחר 3.8 ביליון שנות מחקר אבולוציוני.

האנושות מתמודדת עם אתגרים הקשורים במזון, מים, אנרגיה, ומבנים, בדומה לשאר היצורים החיים שמתקיימים בטבע. ניסיון להתמודד עם אתגרים אלו רק באמצעות החוכמה האנושית משאיר בצד את האסטרטגיות והידע של הטבע. תומכי ביומימיקרי גורסים כי יש לקחת את פתרונות הטבע שכבר נבחנו על ציר הזמן ולשלב אותם בחיינו.

מאז ומעולם האדם התבונן בטבע וקיבל ממנו השראה. אחת מעבודות בעלות גישה שניתן להסתכל עליה כדוגמה לביומימיקרי ביותר המתועדות היא עבודתו של לאונרדו דה וינצ'י על תעופה מלאכותית. מאז ועד היום, חלה התפתחות טכנולוגית משמעותית המאפשרת למדל ולבחון פתרונות טבעיים, כולל מבנים מיקרוסקופיים ומולקולריים. התפתחות טכנולוגית זו מאפשרות גישה לטבע ולפתרונות החבויים בו במקום "להמציא את הגלגל מחדש".

הבסיס לפיתוחי ביומימיקרי הוא הטבע המהווה מודל, מורה ובסיכומו של תהליך גם מדד לאיכות הפתרון. יתרון בולט לשימוש בביומימיקרי לפיתוח, מעבר לנגישות לרעיונות חדשים, היא העובדה שהתכן בטבע מקיים, ועל כן העתקתו תוביל ליצירת פתרונות מקיימים יותר. עקרונות הקיימות בטבע באים לידי ביטוי בתכן החדש.

זרע מצופה קוצים דמויי אנקול אשר נתפסים בפרווה של בעלי חיים לשם הסעת הזרע למרחק גדול מהצמח ההורה. מנגנון זה היווה השראה לפיתוח וולקרו (Velcro בעברית נקרא גם סקוץ' או צמדן) - מנגנון הצמדה שפותח בשנות ה-50, ומשמש כיום לשם רכיסת בדים, נעליים, תיקים ועוד.

גישת הביומימיקרי במדע נחשבת חדשה יחסית, ונפוצה בעשור האחרון עם פרסום ספרה של ג'נין בניוס: "ביומימיקרי: חדשנות בהשראת הטבע" (1997). תחום הביומימיקרי גדל במהירות גם באקדמיה וגם בתעשייה. ניתן לראות גידול מהיר במספר המחקרים ובמספר הפטנטים מבוססי ביומימיקרי. ביומימיקרי נזכר בספרות המדעית גם בהקשרים של biomimetic ו- bionics העוסקים בהטמעת עקרונות ביולוגיים בתהליכים של תכן הנדסי, הכולל תכן של חומרים ומבנים. חוקרים עושים מאמצים לזהות את העקרונות האחראים לקיימות בטבע ולתרגם אותם למושגים בעלי משמעות יישומית. לאור העלייה בדרישה לפיתוחים מבוססי ביומימיקרי, קבוצות מחקר שונות עובדות על פיתוחה של מסגרת עבודה אנליטית לפיתוח באמצעות ביומימיקרי.

תוכן

הבדלים מגישות אחרות

ביו-מימיקרי הוא התבוננות בטבע כדי לחפש דפוסים ורעיונות לפתרון בעיות הנדסיות. בכך הוא נבדל משיטות אחרות המשתמשות בטבע בצורות אחרות. במיוחד, ביו-מימיקרי מבדיל את עצמו משני הזרמים הבאים:

  • ביות - שימוש באורגניזמים טבעיים לשם סיוע לפעילות אנושית - כגון נטרול טבעי של שפכים על ידי חיידקים. ביומימיקרי אינו משתמש ביצורים אחרים, אלא מקבל מהם השראה.
  • הנדסה גנטית - ביו מימיקרי אינו משתמש ביצורים אחרים בצורה ישירה או משנה אותם, אלא משתמש ברעיונות שנובעים מהם.

ננו-ביומימיקרי

חיקוי של מבנים ותהליכים ביולוגים ברמת הננו-טכנולוגיה. הטבע מספק מגוון גדול של חומרים ועיצובים ברמה גדלי הננו-מטר שמהווים תבניות אפשריות ליצירת חומרים ותהליכים. התחום של ננו-ביומימיקרי הוא רב-תחומי ודורש שיתופי פעולה בין ביולוגים, מהנדסים, פיזיקאים, מדעני חומרים, ננו-טכנולוגיים ותחומים נוספים. בעשור האחרון התחום הגדל ייצר מספר חומרים חדשים שאיפשרו ליצור חיקויים למבנים הביולוגים.

דוגמאות לשימוש בביומימיקרי

  • פיתוח "דבק השממית", ה-GeckoTape, דבק בלתי רעיל שניתן להסרה בקלות - חיקוי הדרך בה שממיות נצמדות לקירות באמצעות שערות זעירות שמגדילות את שטח הפנים של החומר, ומאפשרות "הדבקה".
  • פיתוח דבקים ביולוגיים בלתי רעילים לסביבה הימית על ידי חיקוי דבקים בהם משתמשים בלוטי ים , אלמוגים וכו' כדי להיצמד לסלעים בים.
  • משטחים המתנקים בקלות על ידי גשם או מים -על ידי חיקוי החיספוס הקיים בעלי הלוטוס.
  • צביעה - משפחת הפרפרים מדרום אמריקה, פרפרי Morpho, הם בעלי כנפיים שמכילים מיקרו-מבנים שיוצרים אפקט של צביעה על ידי צביעה מבנית במקום על ידי פיגמנטציה. קרני אור מוחזרים באורכי גל מסויימים ויוצרים צבעים בוהקים. ניתן לחקות את התכונות האופטיות של המבנים המיקרוסקופים בכנפי הפרפר על ידי תחמוצות מתחת ו-alkoxides כמו TiSO4, ZrO2 ו-Al2O3.

המעצב מיכאל פאוולין (Michael Pawlyn) שהיה מעורב בפרוייקט עדן טוען כי כדי לקדם עיצוב מקיים בצורה משמעותית, יש לגרום לשינוי ב-3 היבטים:

פאוולין מביא מספר דוגמאות לפרוייקטים שהשתמשו בהצלחה בעקרונות הביו-מימיקרי, או פרוייקטים שנמצאים בתכנון:

 
פרוייקט עדן באנגליה שבו החממות הגדולות בעולם. שימוש בכיפות גאודזיות דמויי צדפה לשם השגת חוזק מבני תוך שמירה על שלד דק וקל, ושימוש בפולימר ETFE לשם השגת חסכון רדיקלי בחומרי גלם ובמשקל.
  • פרויקט עדן Eden project - הקמת החממות הגדולות בעולם בקורנוול באנגליה. החממות משמשות כגנים בוטניים וכאטרקציה תיירותית להצגת ביומות של מיני צמחים טרופיים וים-תיכוניים ולשם תיירות אקולוגית ושימור מינים. משתמשים במבנים דמויי צדפה ושימוש במשושים ובמחומשים כדי להשיג חוזק מבני.כתחליף לזכוכית, השתמשו בפרוייקט ב-3 שכבות של הפולימור ETFE. החומר מאפשר לבנות חלונות גדולים פי 7 יחסית לחלונות זכוכית, ובעל משקל של אחוז מהמשקל של חלון בזיגוג כפול. דבר זה מדגים חסכון רדיקלי במשאבים. כמו כן הדבר איפשר שורה של לולאות משוב חיוביות - עם חלונות קלים יותר, היה אפשר לבנות שלד עם פחות פלדה, דבר שאיפשר להכניס יותר אור פנימה והקטין את הוצאות החימום של המבנה בחורף. כמו כן, השלד הקל יותר איפשר יצירת יסודות קלים יותר דבר שחסך עוד אנרגיה ומשאבים.
  • Mobuis porject מיזם מוביוס - בית שמשלב הפקת אנרגיה ואור שמש יחד עם טיהור מים עם צמחייה.
  • "פרוייקט קרטון לקוויאר" Carton to caviar - הפקת קומפוסט מקרטונים של מסעדות, אשר נגרס למצע לסוסים ובהמשך הופך לקומפוסט שמוזן חזרה לדגים לשם הפקת קוויאר למסעדות. דוגמה של אקולוגיה תעשייתית והפיכת בעיה של פסולת למשאב תוך כדי הדגמת המושג של סגירת לולאות חומר ואנרגיה.
  • Shara forest מיזם יערות סהרה. הפרוייקט מקבל השראה מהסתגלות למחסור במים חיפושית טבולת ערפל. החיפושית מטפסת לראש הדיונה במדבר, ומשתמשת הקרנת חום לסביבה, הופכת אותה קרה יותר ולכן מאפשרת לה לעבות מים מהאוויר. חממות מי ים שמשתמשים בעקרון דומה, מאדים מי ים מטפטפות ודבר זה מקרר קיר, הקיר המקורר ניצב מול איזור שיש בו רוח ודבר זה מאפשר עיבוי מים כדי להפיק מים מתוקים. החממות מפיקות קצת יותר מים ממה שהצמחים בחממה צריכים. פאוולין מנסה לקחת רעיונות של סימביוזה של טכנולוגיות כדי לקבל יתרונות גדולים יותר מטכנולוגיה אחת. הרעיון ביער הסהרה הוא להרחיב את בניית החממות, תוך שימוש באנרגיית שמש כדי להפיק אנרגיה, ולקבל כתוצרי לוואי גם מים חמים יותר וצל לצמחייה. המלחים שמעורבים בתהליך יוצרים בעיה של הצטברות מלח. אלא שבביומימיקרי מנסים לחשוב כיצד להפוך פסולת למשאב. המלח מצטבר בהדרגה ובתהליך מתקבלים תוצרים שונים. החומרים המתקבלים כתוצאה מאידוי מי ים מתגבשים ליסודות שניתן להפיק מהם חומרי גלם מועילים כמו אבני בנייה, פוספטים לדישון הקרקע ועוד.

פאוולין מדגיש את הצורך בהתייחסות חיובית לנושא הקיימות, דרך חיובית סינרגיה שפע ויעול. לא מדברים על נגרות כאשר רוצים להלהיב אנשים לגבי בניית ספינות, מדברים על מציאת ארצות חדשות.

ראו גם

קישורים חיצוניים