מה הקשר בין עור הכריש ורגל השממית לחסכון באנרגיה?
אלברט אינשטיין הציע להביט בטבע ולהבין. מחקר חדש מבקש להנגיש הידע הגלום בטבע ולהשתמש בו לקידום חדשנות סביבתית
◄בואו להיות חברים של nrg ירוק גם בפייסבוק
אתגרים רבים עמם מתמודדת האנושות כבר נפתרו בטבע. תחום ידע מתפתח, הנקרא ביומימיקרי - Biomimicry (חיקוי החיים) עוסק בחקר המודלים, המערכות והתהליכים בטבע במטרה לחקות או לקחת השראה מהם לפתרון אתגרים אנושיים. תחום ידע זה הוא מקור לחדשנות סביבתית בכל תחומי החיים.
תחום הביומימיקרי נמצא בהתהוות, ועדיין חסרה בו מסגרת תיאורטית ויישומית, שיכולה לגשר על הפער בין הביולוגיה לתחומי ידע אחרים. יש דוגמאות רבות של תכנונים גאוניים, המבוססים על עקרונות שנלמדו מהטבע, אך עדיין אין דרך שיטתית למיצוי הידע הביולוגי כמענה לאתגרים סביבתיים.
במסגרת כנס "סביבה 2050" (ביום שלישי הקרוב) אציג מחקר לדוקטורט שאני עורכת בנושא זה (בבבית ספר פורטר ללימודי הסביבה שבאוניברסיטת ת"א). מטרת מחקרי היא להנגיש למתכננים את הידע העצום והבלתי ממומש הקיים בטבע בשלבי התכן הראשוניים החשובים, על ידי פיתוח שיטת תכן ביומימטית.
השיטה, הנמצאת בתהליך פיתוח, מבוססת על זיהוי דפוסים מבניים חוזרים בטבע הקשורים לפונקציות מסוימות. מתברר שהפתרונות לאתגרים רבים בטבע הם פתרונות מבניים, בעוד שהפתרונות הטכנולוגיים לאתגרים דומים לרוב מבוססים על שימוש במקורות אנרגיה וחומר. מבנים בטבע מאופיינים על פי רוב בשימוש מינימאלי במשאבים, תוך מקסום התועלות. לעיתים, המבנים מתפקדים כ"מנועים" המאפשרים המרה של מקורות אנרגיה מהסביבה לעבודה, לצורך ביצוע הפונקציה הנדרשת.
שיטת המחקר מבוססת על ניתוח של כמאה מערכות ביולוגיות, רובן מזוהות עם פיתוחים ביומימטיים, באמצעות כלים מתקדמים מתחום ה- TRIZ (שיטה לחשיבה המצאתית שיטתית). עד כה נמצאו תשעה דפוסים מבניים החוזרים במערכות ביולוגיות שונות ומזוהים בקנה מידה משתנה- הן ברמת הננו והן ברמת המקרו.
מה המשותף לעור הכריש, עלה הלוטוס ולרגל השממית? מתברר שבכולם יש בליטות חוזרניות מסוגים שונים: שיניים קטנטנות על עור הכריש, בליטות אפידרמיות על עלה הלוטוס ושערות על רגלי השממית. בכל הדוגמאות הבליטות קשורות לפונקציה של חיבור או הסרה: הסרת בקטריות ומערבולות מעור הכריש, הסרת חלקיקי בוץ מעלה הלוטוס, וחיבור או הסרת רגל השממית למשטח. בכל הדוגמאות קיימת אינטראקציה בין הבליטות לבין רכיבים ו/או כוחות בסביבה באופן החוסך אנרגיה ומשאבי חומר לביצוע פונקצית החיבור או ההסרה.
מה המשותף לקיני טרמיטים, תעלות ממברנליות ומערכת ההובלה בעץ? בכולם יש מבנה של תעלות הקשור לפונקציה
מבנים מעניינים נוספים שנמצאו הם מבנים עמידים לעומסים מכאניים המאופיינים בחיסכון בחומר. בין המבנים הללו ניתן למנות מבנה של שכבות אופקיות, שכבות צולבות (מבנה רשת או כוורת), מבנה גלילי ומבנה סלילי. מבנים אלו נפוצים בעצמות, קונכיות כנפי חרקים ועוד והם מספקים חוזק ועמידות מבלי להוסיף משקל.
גם בתחום דינמיקת הזרימה זוהו מבנים זרימים המפחיתים את ההתנגדות לזרימה באוויר או במים. היווצרות מערבולות במבנים אלו מופחתת ואובדן האנרגיה עקב חיכוך מצומצם. אחת הדוגמאות למבנה זרים בטבע הוא המבנה הספירלי הקיים למשל במבנה של קרניים, פרחים, וקונכיות.
בשלב הבא של המחקר ישולבו דפוסים מבניים אלו בתהליך התכן הביומימטי, ויבוצע תיקוף של השיטה באמצעות מקרי בוחן והשוואת תוצרי תיכון של מהנדסים שנחשפו לשיטה, לעומת מהנדסים שנחשפו לשיטות אחרות. הציפייה היא למצוא רמות חדשנות וקיימות גבוהות יותר בקרב המהנדסים שייחשפו לשיטת התכן הביומימטית החדשה.
אלברט אינשטיין הציע: "הבט היטב בטבע ואז תבין הכל טוב יותר". התפתחות תחום הביומימיקרי בכלל ופיתוח שיטות תכן ביומימטיות בפרט יסייעו למתכננים להבין את הידע הגלום בטבע ולהשתמש בו לקידום חדשנות סביבתית.
יעל הלפמן כהן היא מנכ"ל ארגון הביומימיקרי הישראלי ותלמידת דוקטורט בביה"ס ללימודי סביבה ע"ש פורטר. המחקר מונחה ע"י פרופ' יורם רייך מהפקולטה להנדסה מכאנית באוניברסיטת תל אביב ויוצג לקהל ביום שליש ה-27.3.12 במסגרת כנס "סביבה 2050".
נא להמתין לטעינת התגובות
אקו"ם