מיליוני שנים של אבולוציה עיצבו את העולם סביבנו ויצרו הרבה דברים מדהימים. ביומימיקה היא כאשר אנו צופים בתכונה בטבע ומעתיקים אותה או חלקים ממנה לטכנולוגיה ועיצוב אנושיים. ישנן דוגמאות מצוינות רבות של ביומימיקה בפעולה.
ביומימיקה נוגעת למגזרים רבים של פעילות אנושית. החל מרפואה למחקר, תעשייה, כלכלה, אדריכלות, תכנון ערים, חקלאות וניהול. רשימה זו אינה ממצה כי ביו-מימיקה היא, מעל הכל, שאלה של איך אנחנו ניגשים לתחומי התמחות אלה. לכן, הוא עשוי לחול פחות או יותר ישירות על כל המגזרים.
תפיסת הביומימיקה מבוססת על רעיון מרכזי: הטבע פועל תמיד על פי עקרונות חסכון ויעילות ללא יצירת פסולת. זוכרים את לבואר שאמר "שום דבר לא אבוד, שום דבר לא נוצר, הכל משתנה"? זה הרעיון. לא משנה תחום היישום, הפילוסופיה הביומימטית היא חלק מאסטרטגיה גלובלית של אחראי ו פיתוח בר קיימא שמטרתו לאזן את אופן השימוש במשאבי כדור הארץ.
תוכן העניינים
מהי ביומימיקריה?
ביומימיקה, (כפי שהשם מרמז, היא חיקוי של יצורים חיים) מטרתה לקחת השראה מהברירה הטבעית ומפתרונות שאומץ על ידי הטבע ולתרגם את העקרונות להנדסת אנוש. זוהי שיטה ליצירת פתרונות לאתגרים אנושיים על ידי חיקוי עיצובים ורעיונות המצויים בטבע. הוא נמצא בשימוש בכל מקום: בבניינים, כלי רכב ואפילו חומרים.
ביומימיקה כגישה היא מסע יפהפה אל מה שאנו יכולים ללמוד מהטבע, ותוך כדי כך אנו מחזקים את הקשר והחיבור שלנו לעולם הטבע. זהו מרכיב חיוני ביצירת עולם בר קיימא, בריא יותר ושוויוני יותר לכל בני האדם ולכל המינים. אז חשבנו שיהיה כיף לרכז כמה מהדוגמאות הכי ראויות לציון.
10 דוגמאות מדהימות של ביומימיקה לילדים ומלומדים
ביומימיקה, כאמור, מסתכלת לטבע ולמערכות טבעיות להשראה, תוך שימוש באסטרטגיות בהשראת הטבע לשיפור העיצוב. באמצעות הסתגלות ואבולוציה, הדמות מבלה מיליוני שנים בפיתוח דרכה מבעיות, ומסיימת עם כמה חידושים מרתקים. חוסר יעילות לא מחזיק מעמד לבד, ומהנדסי אנוש ומעצבים מחפשים שם לעתים קרובות פתרונות לבעיות מודרניות.
הנה כמה דוגמאות סופר מגניבות של ביומימיקה במדע, הנדסה וחדשנות שהושפעו מעיצוב בהשראת הטבע לילדים ולחוקרים.
- חיקוי עור כריש לבגד ים
- רכבות כדורים בהשראת ציפורי Kingfisher (כמו זו בדיסני)
- טורבינות רוח מעוצבות על פי לווייתני גבן
- חיפושיות ובקבוקי מים למילוי עצמי
- קליטה הלם כמו נקר
- הסוואה של צפלופוד
- מערכות אוורור בהשראת טרמיטים
- סילונים בהשראת ציפורים
- בר וסקוטש
- כנפי פרפר ואנרגיה סולארית
1. בגד ים מחקה עור כריש
כרישים הם אחד הטורפים הגדולים ביותר של הים. בעוד שכרישים ידועים בחוש הריח החריף שלהם ובשיניים המתחדשות במהירות, מחקר חדש עשוי להצביע על עור המין כנכס הנישה האבולוציוני ביותר שלו.
עור כריש מכוסה באינספור קשקשים חופפים המכונה "שיניים עוריים". כאשר הם בתנועה, שיניים עוריים אלו יוצרים אזור של לחץ נמוך. מערבולת הקצה המובילה זו בעצם "מושכת" את הכריש קדימה וגם עוזרת להפחית את הגרר. מיותר לציין שיש הרבה יישומים לעיצוב כזה.
מדענים שחזרו שיניים עוריים בבגדי ים (שכיום אסורים בתחרויות גדולות) ובתחתית הסירות. בגדי ים בהשראת עור כריש זכו לתשומת לב רבה בתקשורת במהלך אולימפיאדת קיץ 2008 כאשר אור הזרקורים האיר על מייקל פלפס.
ספידו שילבה לשמצה עור כריש ביומימטי בשורה של בגדי ים לאולימפיאדת 2008. לפי הסמיתסוניאן, 98 אחוז מהמדליות באולימפיאדת 2008 זכו על ידי שחיינים שלבשו בגדי ים מעור כריש. מאז, הטכנולוגיה נאסרה בתחרויות אולימפיות.
באופן דומה, בעוד רבים מימי מינים ידועים כמארחים מינים ימיים אחרים על גופם (כגון חצבים), כרישים נשארים יחסית "נקיים", כביכול. שיניים עוריים מיקרוסקופיים אלו מסייעים גם לכרישים להדוף מיקרואורגניזמים כגון אצות ונשפים. חיל הים של ארצות הברית פיתח מאז חומר, המכונה Sharklet, המבוסס על דפוס עור זה כדי לסייע בבלימת צמיחה ימית על ספינות.
2. רכבות כדורים בהשראת ציפורי Kingfisher (כמו זה בדיסני)
לציפורי שלדג יש מקורים מיוחדים המאפשרים להם לצלול לתוך המים כדי לצוד תוך כדי התזה מינימלית. באמצעות האף החדש הזה, רכבות הדור הבא מסדרת 500 היו מהירות יותר ב-10 אחוז, צרכו 15 אחוז פחות חשמל, והכי חשוב, לא הייתה להם יותר "בום".
כשהמהנדסים היפנים לקחו על עצמם את המשימה המפחידה של שדרוג רכבות הכדורים המהירות שלהם, העיצוב שלהם פגע בבעיה אחת מצערת. הבעיה לא הייתה להעלות את הרכבות הללו למהירויות הרצויות, אלא כמות הרעש העצומה שנוצרה מעקירת האוויר לפני הרכבות. כאשר הרכבות נכנסו למנהרות, כלי הרכב הפיצו לעתים קרובות גל הלם חזק הידוע כ"בום מנהרה".
עוצמתם של גלי ההלם אף גרמה לנזק מבני למספר מנהרות. כדי למזער את הפריחה הזו, מהנדסים יפנים חיקו את מקור ציפור הקינגפישר שגורם להתזה מינימלית כאשר הוא נכנס למים. ביצירת צורת האף החדשה הזו, הרכבות היו מהירות יותר ב-10 אחוז, צרכו 15 אחוז פחות חשמל, והכי חשוב, לא יותר "בום".
סוג זה של תהליך חדשני נקרא פוטוסינתזה מלאכותית, כאשר עלה ביוני יוצר דלק מימן מאור השמש. זו תקווה להיות פריצת דרך פוטנציאלית בתחום האנרגיה על ידי פיצול מים באמצעות חשמל מהשמש.
אין פליטות מסוג זה מתחדשת דלק
3. טורבינות רוח מעוצבות על פי לווייתני גבן
לווייתן הדבש, למשל, משתמש בסנפירי פקעת גבשושיים להנעה, מה שנראה מנוגד למדי. לווייתנים אלו השפיעו על דגמים חדשים של טורבינות רוח.
לווייתנים, הידועים בתור הדגים הגדולים בעולם, שוחים סביב האוקיינוס במשך זמן רב, והאבולוציה יצרה אותם לצורת חיים יעילה במיוחד. הם יכולים לצלול מאות מטרים מתחת לפני השטח ולהישאר שם שעות. הם שומרים על גודלם העצום על ידי האכלה מבעלי חיים קטנים מכפי שהעין יכולה לראות, והם מחזקים את תנועתם עם סנפירים יעילים במיוחד וזנב. אלה מתאפשרים בשל נוכחות הגבן שלו.
הרכסים על הסנפירים הקדמיים של לוויתן גבנון, הנקראים פקעות, משפיעים על אופן זרימת המים על הסנפירים. זה יוצר זרימה אווירודינמית במים. הפקעות מאפשרות להם לשחות במהירויות גבוהות למרות גודלן הגדול.
רבים מהעיצובים האווירודינמיים המודרניים שלנו מסתמכים על עקרונות בסיסיים למדי. כדי להשיג עילוי אופטימלי ומינימום גרר, קצוות אלגנטיים וקווים נקיים הם המפתח. עם זאת, ברחבי ממלכת החיות, מינים רבים מסוגלים להתרומם בצורה יוצאת דופן.
מדענים מאוניברסיטת דיוק, אוניברסיטת ווסט צ'סטר והאקדמיה הימית של ארה"ב גילו שהגבשושיות בקצה הקדמי של סנפיר לוויתן מגדילות מאוד את יעילותו, מפחיתות את הגרר ב-32 אחוז ומגדילות את העילוי ב-8 אחוזים. להבים מותאמים אלה גם עוזרים לייצר את אותה כמות כוח ב-10 מייל לשעה כמו שטורבינות קונבנציונליות מייצרות במהירות של 17 מייל לשעה.
חברות מיישמות את הרעיון על להבי טורבינות רוח, מאווררי קירור, כנפי מטוסים ומדחפים.
4. חיפושיות ובקבוקי מים למילוי עצמי
זה לא סוד בשלב זה: גישה למים היא חיונית לכל בר קיימא הציוויליזציה והחיים על הפלנטה הזו בכלל. בעוד שבמקומות מסוימים על פני הגלובוס יש משאבי מים בשפע כמו אגמים ונהרות, אקלים צחיח יותר חייב להסתפק במשקעים מוגבלים.
טכנולוגיה הנגזרת מחיפושית המשגשגת באחת הסביבות הקשות ביותר על פני כדור הארץ עשויה מאוד לעזור להתחיל את הדור הבא של נקיון קציר מים.
חיפושיות (חיפושיות Stenocara) שמקורן במדבר נמיב שורדות את הסביבה היבשה והקשה על ידי איסוף מים על גבן כתוצאה מעיצוב הקונכיות הייחודי שלהן. הם ידועים גם בתור "אוספי מים ראשיים". הם מכוונים את כנפיהם לכיוון רוח האוקיינוס, והגבשושיות על גבם מזרימות טיפות מים לכיוון הפה.
מהנדסים יצרו בקבוק מים עם בליטות דומות לאיסוף מים ודוחי מים. פרויקט זה יכול לסייע במאמצי שימור המים ולהפוך מים לנגישים יותר עבור קהילות באזורים יבשים.
מקצוענים במקצועות שימור או תכנון קהילתי עשויים להשתתף במספר פרויקטים של שימור מים הכוללים שיטת הנדסת ביומימיקה זו. כ-22 מדינות ברחבי העולם משתמשות ברשתות לאיסוף מים מהאוויר, כך שלעלייה כזו ביעילות יכולה להיות השפעה גדולה.
5. סופג זעזועים כמו נקר
נקרים ידועים ביכולת החפירה יוצאת הדופן שלהם. היצורים משתמשים במקורם כדי לחפש אחר חרקים וגם כדי ליצור פינות לעצמם מבלי לסבול מפגיעות ראש מהניקור המהיר והכוחני.
כאשר הנקרים נושאים את החורים הללו, הם חווים האטה של 1200 משיכות כבידה (Gs) כמעט 22 פעמים בשנייה. כדי לשים את זה בפרספקטיבה, תאונת דרכים חמורה תספק את המקבילה של 120 Gs לנוסע.
מחקר שנערך באמצעות סריקות CT באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, גילה כי לנקרים יש ארבעה מבנים שנועדו לספוג זעזועים מכניים. המקור האלסטי למחצה של הציפור, אזור של חומר "עצם ספוגית" מאחורי הגולגולת ונוזל מוחי כולם פועלים ביחד כדי להאריך את הזמן שבו זעזוע מוח זה מתרחש ולכן מעכבים את הרטט.
בהתבסס על מבנים אלה, מהנדסי תעופה וחלל משתמשים לעתים קרובות במבנים אלה כדי לתכנן חלליות עמידות מטאוריטים וקופסאות שחורות למטוסים שיכולות לספוג יותר כוח לפני תקלה. עיצוב טבעי זה יכול גם לעזור למהנדסי מטוסים ואווירונאוטיקה לפתח טכנולוגיה איכותית יותר בעתיד.
6. הסוואה של צפליפוד
דיונונים, כמו כל הצפלופודים, מסוגלים לזהור (ביו-לומינסנציה) וכן לשנות את צבע עורם. יכולת הסוואה זו גורמת להם להסתתר מפני טורפים, בעוד שהביו-אורניזנציה מאפשרת להם לתקשר ו/או למשוך בן זוג. התנהגות מורכבת זו מיוצרת על ידי רשת של תאי עור ושרירים מיוחדים.
חוקרים מאוניברסיטת יוסטון בנו מכשיר דומה המסוגל לזהות את סביבתו ולהתאים אותם בשניות בלבד. אב-טיפוס מוקדם זה משתמש ברשת גמישה ומפוצלת המשתמשת במפעילים, חיישני אור ומחזירי אור. כאשר חיישני האור מזהים שינוי בסביבה, נשלח אות לדיודה המתאימה.
זה יוצר חום באזור והרשת התרמו-כרומטית משנה את צבעה. ל"עור" מעשה ידי אדם זה יכול להיות גם יישומים צבאיים וגם מסחריים בהמשך הדרך.
7. מערכות אוורור בהשראת הטרמיטים
טרמיטים מקבלים לעתים קרובות ראפ רע בגלל תכונותיהם ההרסניות. עם זאת, טרמיטים ידועים לשמצה ביצירת כמה ממערכות האוורור המשוכללות ביותר לקירור על פני כדור הארץ. אפילו בכמה מהמקומות החמים ביותר, תלוליות הטרמיטים הללו, נשארות קרירות במיוחד בפנים. בעוד הטמפרטורה בחוץ משתנה בפראות במהלך היום מטמפרטורה נמוכה לגבוהה, החלק הפנימי של מאורה טרמיטים מחזיק מעמד בטמפרטורה נוחה.
באמצעות רשת סבוכה של כיסי אוויר מכוונים, התלים יוצרים מערכת אוורור טבעית באמצעות הסעה. זוהי דוגמה לאופן שבו אנשי מקצוע בתחום הבנייה והאדריכלות יכולים להשתמש באלמנטים טבעיים ו חומרים בר קיימא לשפר את הבטיחות והאיכות של פרויקט בנייה באקלים חם.
לדוגמה, מרכז הקניות איסט גייט בהאררה, זימבבואה, שגובהו 333,000 רגל מרובע, משתמש ב-90 אחוז פחות אנרגיה לחימום וקירור מבניינים מסורתיים, יש ארובות גדולות השואבות באופן טבעי אוויר קריר בלילה כדי להוריד את הטמפרטורה של לוחות רצפה, ממש כמו מאורות טרמיטים.
8. בהשראת ציפורים מטוסי
ציפורים יכולות להגביר את מרחק המעוף שלהן ביותר מ-70 אחוזים עם השימוש בצורת V. מדענים גילו שכאשר להקה לוקחת על עצמו את צורת ה-V המוכרת כאשר ציפור אחת מנפנפת בכנפיה, היא יוצרת תנופה קטנה שמעלה את הציפור מאחור.
כאשר כל ציפור חולפת, הם מוסיפים את האנרגיה שלהם למכה, ועוזרים לכל הציפורים לשמור על מעוף. על ידי סיבוב הסדר שלהם דרך הערימה, הם מפזרים את המאמץ.
קבוצת חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד חושבת שחברות תעופה נוסעים יכולות לממש חיסכון בדלק על ידי נקיטת אותה טקטיקה. הצוות, בראשותו של פרופסור אילן קרו, צופה תרחישים שבהם מטוסים משדות תעופה בחוף המערבי נפגשים וטסים במבנה בדרכם ליעדי החוף המזרחי שלהם.
על ידי נסיעה בצורת V עם מטוסים מתחלפים מלפנים כמו ציפורים, קרו וחוקריו חושבים שמטוסים יכולים להשתמש ב-15 אחוז פחות דלק בהשוואה לטיסה סולו.
9. בר וסקוטש
סקוטש הוא דוגמה ידועה לביומימיקה. יכול להיות שנעלת נעליים עם רצועות סקוטש בילדותך, ואתה בהחלט יכול לצפות לנעול את אותו סוג של נעליים בפנסיה.
הסקוטש הומצא על ידי המהנדס השוויצרי ג'ורג' דה מסטרל בשנת 1941 לאחר שהסיר כתמים מכלבו והחליט לבחון מקרוב כיצד הם פועלים.
הווים הקטנים שנמצאו בקצה המחטים של הקוצים נתנו לו השראה ליצור את הסקוטש שנמצא כעת בכל מקום. תחשוב על זה: בלי החומר הזה, העולם לא היה מכיר סקוטש קופץ ספורט שבו אנשים לבושים בחליפות מלאות של סקוטש מנסים לזרוק את גופם גבוה ככל האפשר על הקיר.
10. כנפי פרפר ואנרגיה סולארית
פרפר "שושנה מצוי" מחמם את גופו על ידי ספיגת אור השמש בכנפיו. על ידי חקר כנפיו תחת מיקרוסקופ אלקטרונים, החוקרים גילו חורים בגופם שמפזרים את אור השמש ושומרים עליהם חמימים.
בעזרת מנגנון זה, החוקרים יצרו סרט סיליקון דק שדמה למודל תלת מימדי של כנף הפרפר ויישמו אותו על תא אנרגיה סולארית, תוך שיפור העיצוב הכולל שלו. תא אנרגיה חדש זה יכול לעתים קרובות לספוג יותר אור שמש בתנאי אור נמוכים יותר. על ידי שימוש בטכנולוגיה זו בעמדה של תעשייה סולארית, מהנדסים יכולים לעזור לקהילות ולעסקים מקומיים להגדיל את הטכנולוגיה שלהם אנרגיה בת קיימא שימוש.
סיכום
יש לי תקוות שככל שמדענים מסתכלים יותר לתוך העולם הטבעי כדי לענות על שאלות אנושיות, הם מתחילים לראות, יותר ויותר, שהרעיון השגוי ביותר של אבולוציה הוא בלתי אפשרי. עכשיו תורכם ליצור חדשנות המבוססת על משהו שנמצא בטבע! היו יצירתיים ככל שתרצו, ובאישור ההורים שלכם
המלצות
- 10 יצרני בגדי הים הידידותיים לסביבה המובילים
. - 8 מתנות ידידותיות לסביבה במחיר סביר עבורו
. - איך בתים יכולים להיות ידידותיים לסביבה למרות האסתטיקה המודרנית
. - 5 דרכים לנהל עסק ידידותי לסביבה
. - 10 ההשפעות המובילות של הפשרת קרחונים על הסביבה
Ahamefula Ascension היא יועצת נדל"ן, מנתחת נתונים וכותבת תוכן. הוא המייסד של Hope Ablaze Foundation ובוגר ניהול סביבתי באחת המכללות היוקרתיות בארץ. הוא אובססיבי לקריאה, מחקר וכתיבה.