מגזין המים הישראלי הנדסת מים 52
ה וינצ'י לא צלח במשימתו לפתח את המטוס ָ אלא חתר ליישמו. כידוע, ד
הראשון, אך הוא הניח את היסודות לתחום הביומימטיקה, המחבר ידע
זואולוגי והנדסי בצורה שיטתית.
למרות העניין התמידי בטבע, רק בעשרות השנים האחרונות אנו מזהים
התגבשות של תחום דעת מדעי העוסק בחיקוי שיטתי של הידע המצוי
בטבע. ההתפתחות הטכנולוגית של העשורים האחרונים המאפשרת
מידול וחקר של פתרונות הקיימים בטבע, האיצה את הגיבוש של תחום
הביומימטיקה כתחום דעת מדעי. כיום מזוהה הביומימטיקה כתחום דעת
בצמיחה, עם גידול מתמיד במספר הפרסומים, הפטנטים ומענקי המחקר
%iRPiPHWiFV המיוחסים לו, כמו גם מכוני מחקר, עיתונים אקדמיים )
( ותכניות לימוד לתארים גבוהים. %iRinVSiUDWiRn 'HViJn 1DWXUH
ביומימטיקה כתחום דעת מזוהה כמנוע חדשנות, שעתיד לתרום כטריליון
דולר לתל”ג העולמי עד שנת 5202. הידע הביולוגי שהולך ומצטבר
עם השנים הוא הדלק של מנוע החדשנות הביומימטית. שיטות תכנון
ביומימטיותמזוהות כשיטותתכנון המסוגלות לתתמענה לצורך ההולך וגובר
בטכנולוגיות מקיימות. ההנחה הבסיסית היא שרוב האתגרים התכנוניים
שאנו מתמודדים איתם כבר נפתרו בטבע, על פי רוב בצורה יעילה וחסכונית
במשאבי חומר ובאנרגיה. הטבע הוא לא רק מחסן חומרים, אלא גם מקור
לידע ולתובנות, ומגוון המינים העשיר מהווה כר נרחב ללמידה. הפתרונות
( האבולוציונית, dHViJn ן ) ֶ כ ֶּ המקיימים של הטבע הם תוצר של מעבדת הת
הם נבחנו במבחן הזמן ואינם מוגנים פטנט. בחינת הפתרונות התכנוניים
של הטבע בשלבי התכנון מונעת את הצורך להמציא את הגלגל מחדש,
ומספקת פתרונות חדשניים ומקיימים.
טכנולוגיות ביומימטיות מקיימות
קיימות דוגמאות רבות לטכנולוגיות ביומימטיות מקיימות, ובהן טכנולוגיות
העוסקות בנושאי הליבה הסביבתיים - האנרגיה, החומר והמים. להלן דוגמאות
הממחישות את הפוטנציאל הטמון ביישום טכנולוגיות ביומימטיות מקיימות.
טורבינת רוח ביומימטית: אנרגיה
( שממדיו )אורך ומשקל( MHJDSWHUD nRYDHDnJOiDH לווייתן גדול סנפיר )
גדולים, מסוגל לנוע ביעילות במים הודות למבנה הבליטות בסנפיריו.
על סנפיר הלווייתן נמצאות בליטות המייצרות נתיב זרימה למים,
מונעות היווצרות מערבולות, ומפחיתות את התנגדות המים לתנועת
הלווייתן. מבנה הבליטות הועתק לכנפיים של טורבינות רוח על-ידי
הקנדית, מתוך הנחה שדינמיקת הזרימה באוויר :KDOHSRZHU חברת
ובמים דומה. בניסויים שערכה החברה נמצאו הפחתה משמעותית של
הגרר והגדלת יעילות תפוקת אנרגיית הרוח של טורבינות בעלות כנפיים עם
בליטות, בהשוואה לטורבינות עם כנפיים בעלות קצה מוביל חלק.
אפקט הלוטוס: חומר
עלה לוטוס נראה תמיד נקי למרותשהוא גדל בסביבה בוצית. עובדה זו כמובן
מסייעת לו לבצע תהליכי פוטוסינתזה יעילים. בוטנאי גרמני בשם ברטלוייט
( חשף אתמנגנון הניקוי העצמי של עלי הלוטוס, וכינה אותו אפקט %DUWKORWW)
הלוטוס. עלה הלוטוס מכוסה בגבשושיות ננומטריות מכוסות שעווה. מבנה
הגבשושיות מקטין את שטח המגע של טיפות המים הנופלות על המשטח,
ויוצר זוויות מגע של מעל 041 מעלות בין הטיפה למשטח, תכונה המאפיינת
משטחים שדוחים מים בצורה קיצונית )סופר-הידרופוביים(. טיפות מים
הנופלות על המשטח מקבלות צורה כדורית, מתגלגלות על משטח העלה
המשופע, ומסירות חלקיקי לכלוך. התוצאה: חלקיקי הלכלוך מוסרים באופן
קבוע על-ידי טיפות מים, שהן משאב זמין בסביבת העלה, ללא השקעת
( וכוח הכבידה. לאפקט זה DdKHViRnאנרגיה, תוך ניצול כוחות ההידבקות )
נרשמו פטנטים ויישומים ביומימטיים רבים, לרבות צבעים, זכוכיות ובדים
המתנקים בעצמם.
טכנולוגיה לסתימת דליפות בהשראת הטבע: מים
דליפות מים ונפט ממערכות הובלה הן בעיה מוכרת, הכרוכה באבדן משאבים
יקרים ובזיהום הסביבה. מעבר לאבדן המשאבים, הליך סתימת הדליפה יקר
וארוך, וכרוך בסגירת הקו ובחציבה מחוץ למוקד הדליפה. טכנולוגיה חדשנית
,PODWHOHW 7HFKnRORJ\7Mלסתימת דליפות, המכונה טכנולוגיית הטסיות
פותחה בהשראת מנגנון הקרישה הטבעי בגוף האדם. בעת פציעה מפעיל
הגוף מנגנון קרישה פנימי שתחילת פעולתו באמצעות הטסיות. ההשראה
ממנגנון זה הובילה לתובנה שניתן לסגור דליפות גם מבפנים, ולא רק מבחוץ.
הטכנולוגיה שפותחה מאפשרת הזרקת ”טסיות מלאכותיות” למערכת
ההובלה לאחר שזוהתה דליפה. ה”טסיות” שהוזרקו נעות עם הזרם ונצמדות
למוקד הדליפה מבפנים בגלל הפרשי הלחצים באזור הדליפה. הטכנולוגיה
יושמה בהצלחה עד כה הן במערכות להובלת מים הן במערכות להובלת נפט.
תהליך התכנון הביומימטי
תהליך התכנון הביומימטי נבדל מתהליכי תכנון רגילים בכך שהוא יכול
(VROXWiRn EDVHd dHViJnלהיות מבוצע בשני כיוונים: מהביולוגיה להנדסה )
(. תהליך תכנון ביומימטי SUREOHP EDVHd dHViJnאו מההנדסה לביולוגיה )
מהביולוגיה להנדסה מתחיל בזיהוי תופעה ייחודית בטבע שחקרו ביולוגים,
זואולוגים או בוטנאים. בהמשך מאתרים אתגר תכנוני, שאנלוגי לבעיה
שנפתרה בטבע, ומוצעים יישומים אפשריים. כך למשל, גילויו של אפקט
הלוטוס הוביל לסדרה של טכנולוגיות לניקוי עצמי.
בתהליך העברת הידע בין הביולוגיה להנדסה נעזרים לעתים רק במערכת
ביולוגית אחת, ולעתים הפתרון מבוסס על חקר של מספר מערכות
ביולוגיות, בעיקר כשהתכנון מורכב יותר ומבוסס על מספר פונקציות. הידע
המועבר מהביולוגיה להנדסה הוא לרוב ידע פונקציונלי הקשור לרמות חיקוי
של מבנים, תהליכים ועקרונות תכנוניים ברמות סדר שונות, מרמת התא,
דרך רמת האיבר, רמת האורגניזם ועד רמת המערכת האקולוגית. בהקשר
זה נחקר גם הקשר הבסיסי בין מבנים לפונקציות בהתאמה לסביבה.
תהליך תכנון ביומימטי מההנדסה לביולוגיה מתחיל באתגר התכנוני.
בהמשך מאתרים מערכת ביולוגית המדגימה פתרון לאתגר. הפתרון
הביולוגי נחקר, ומיושם בפתרון הטכנולוגי המפותח. דוגמה לכיוון פיתוח