כתבה – ד"ר יעל הלפמן כהן

החודש ציינו את ט"ו בשבט. מכל ההקשרים של החג, אהבת הארץ והחיבור לאדמה משמעותיות במיוחד בימים אלו בימים אלו. נפנה את תשומת הלב לצמחים ולעצים. מעבר ליופיים והאיכות המרגיעה שהם משרים, הם גם מקור לחדשנות ולהמצאות. להלן לקט של מגוון פיתוחים והמצאות בהשראת עצים, צמחים, פירות וזרעים, בעולמות העיצוב, הטקסטיל, החומרים החכמים ועוד.

ציפור גן עדן

ציפור גן עדן הוא פרח יפהפה ואצילי שפריחתו נראית כציפור. כאשר ציפור נוחתת על עלי הכותרת הכחולים, משקלה מפעיל לחץ מכני הגורם לתופעה מעניינת: במקום שעלי הכותרת יימשכו לאחור, הם נפתחים לצדדים. התופעה נובעת מאסימטריה חומרית. ככל שמתקרבים לקו המרכזי של עלי הכותרת, עובי השכבה הולך ויורד, עד שבמרכז הוא מינימלי. כתוצאה מכך מתקבל ציר טבעי, שבין צדדיו מתרחש תהליך של כיפוף. בהשראת מנגנון זה פותחה מערכת הצללה ללא צירים הדורשים תחזוקה, הנקראת פלקטופין (Flectofin).

אפקט האצטרובל

אם נכניס אצטרובל יבש לכוס מים. האצטרובל ייסגר תוך כחצי שעה. לאחר שנוציא אותו מהכוס, הוא יתייבש וייפתח. קשקשי האצטרובל נפתחים ונסגרים כתוצאה משינוי לחות בסביבה. האסטרטגיה זכתה לכינוי "אפקט האצטרובל", וכבר מיושמת במספר פיתוחים. לדוגמה, חברת Inotek Textiles יישמה את האסטרטגיה באריג חכם המגיב לשינויי הלחות בסביבה. כאשר האריג סופח לחות, הסיבים נסגרים ומהודקים תוך יצירת כיסי אוויר מיקרוסקופיים במבנה האריג המאפשרים חדירה של אוויר.

סידור גרגירי הרימון

במהלך התפתחותו וגדילתו של הרימון מתמלאים הגרגירים נוזלים ומתחילים להפעיל לחצים זה על זה. בגלל אופן הפיזור של הגרגירים ברימון, הם יכולים להתנפח מבלי לייצר לחץ שיבקע את קליפת הרימון. המבנה המרחבי של פיזור גרגירי הרימון נחקר באוניברסיטת סטנפורד, ובעקבותיו פתרו בעיה הקשורה לסוללות סיליקון: לסוללות הסיליקון יש יכולת אגירה גדולה יותר יחסית לסוללות אחרות, אבל אנודות הסיליקון נוטות להתנפח וגורמות לשברים. בסטנפורד תכננו ננו חלקיקי סיליקון וחיקו את המבנה הגיאומטרי של חלקיקי הרימון, המבטיח התנפחות ללא לחץ – וכתוצאה מכך נפתרה בעיית ההתנפחות באנודת הסיליקון.

הגזע הספיראלי

גזעים של עצים שונים מאופיינים בצמיחה ספיראלית המקנה חוזק לעץ.  חברת Unicer , הבעלים של המותג Vitalis, מותג מים ידוע בפורטוגל, תכננה בקבוק מים בהשראת מודל הצמיחה הספיראלי. העיצוב הספיראלי מקנה חוזק ולכן מאפשר הפחתה כללית של חומר. סך החומר גלם המשמש לייצור בקבוק זה ירד ב- 7%. התוצר הוא בקבוק הפלסטיק קל, חזק ובעל עיצוב מודרני ומרענן.

ענבים

אריזות תופסות נפח רב בסל הקניות שלנו ובהמשך בפח האשפה ובאתרי הפסולת. האריזות בטבע לעומת זאת מתפרקות ו…..אכילות. השאלה היא אם ניתן לייצר אריזות כמו בטבע. את השאלה הזאת בדיוק שאל פרופ' דויד אדוארדס, ממציא בהשראת הטבע, מאוניברסיטת הארוורד. שיתוף פעולה שלו עם מעצב ועם ביולוג הוביל לפיתוח של אריזה אכילה.

מקור ההשראה לפיתוח הוא קליפת העינב. הקליפה גם מגינה מפני אובדן נוזלים וכניסת מזהמים וגם מספקת חומרי הזנה ייחודיים, ובה בעת העינב נאכל כולו על קליפתו. אריזה אידיאלית! הטכנולוגיה מוגנת הפטנט שפותחה, WikiPearl, היא אריזה מהפכנית למזון ומשקאות, נטולת פלסטיק, ועשויה מרכיבים טבעיים אכילים, מזינים, ומתכלים. (האריזה עשויה מג'ל אלקטרוסטטי המבוסס על אינטראקציות בין רכיבי מזון טבעיים, יונים מזינים ורב סוכרים. מבנה זה אטום יותר בפני מים וחמצן יחסית לחלופות אחרות.)

יתרונות האריזה החדשנית ברורים: אריזה נישאת, ידידותית לסביבה, מספקת ערכים תזונתיים, יוצרת טעמים ייחודיים ומספקת חווית אכילה אחרת. בין היישומים אריזה לגלידה השומרת על קור לאורך זמן ויוגורט הנאכל עם אריזתו, ללא צורך בכפית, ברחיצת כלים, בהליכה לפח או לתחנת המחזור הקרובה.

כדנית

צמח הכדנית הוא צמח טורף בעל צורת כד. נמלים המתקרבות לשפת הכד נופלות פנימה ואין להן סיכוי לצאת, כי דופנות הכד מחליקות במיוחד. הצמח נחקר על ידי מהנדסים ממכון Wyss  שבאוניברסיטת הרווארד במטרה להבין מה הופך את דופנות הפרח לחלקות כל כך. הם גילו שההחלקה נגרמת בשל קיפולים מיקרוסקופיים על פני השטח המחזיקים מים, וכך מייצרים שכבה דקה של מים על המשטח. החוקרים אימצו את הרעיון ויצרו משטח בעל מיקרו־חרירים המחזיקים נוזל סיכה. המשטח כה חלק, עד שאפילו שמן גס ואספלט נוזלי מתגלגלים עליו. המחקר הבשיל לכדי פיתוח טכנולוגיה ליצירת משטחים חלקים במיוחד בשם SLIPS, טכנולוגיה בעלת פוטנציאל נרחב ליישומים, כגון משטחים למניעת אלח בקטריאלי, הרחקת כימיקלים ונוזלים, מניעת קורוזיה, הרחקת מזיקים ועוד. בסרטון תוכלו לראות מה קורה לצבע שנשפך לכיור רגיל לעומת כיור המצופה בציפוי של SLIPS .

אפקט השרך

כאשר שרך המים סַלוויניה מוֹלֶסטה מושקע במים על ידי הרוח או בעלי חיים, נבנית סביבו במהרה שכבת אוויר. השכבה נשארת יציבה אפילו לאחר שהות של מספר שבועות במים!
עלי השרך מכוסים שערות אלסטיות צפופות. כל ארבע שערות מקובצות יחד במבנה דמוי מטרף ביצים ובולטות כשני מילימטרים מהשטח. קצה ה"מטרף" כולא טיפות מים כך שנוצר מרווח של אוויר בין משטח השרך לקצה השערות.
הפיתוח הביומימטי הוא ציפויים לאוניות המבוססים על האפקט זה כפתרון יציב וארוך טווח להקטנת מקדם החיכוך של גוף האונייה עם המים. על פי הערכה, אילו כל האוניות בעולם יכוסו בציפוי זה, נחסוך כ – 1% מצריכת הדלק העולמית.

אפקט הלוטוס

אף שהלוטוס גדל בסביבה בוצית, הוא תמיד נראה נקי. בשנות ה 80 הבחין בכך בפליאה גם וילהלם ברתלוט, בוטנאי גרמני. הוא גילה שהמשטח של עלה הלוטוס אינו חלק, הוא מכוסה גבשושיות ברמת המיקרונים ועליהן חלקיקי ננו. המרחק בין חלקיקי הננו קטן מקוטר טיפת מים, כך שמים אינם יכולים להיכנס בין החלקיקים. זהו משטח סופר הידרופובי. טיפות מים הנופלות על המשטח מקבלות צורה כדורית, מתגלגלות על משטח העלה המשופע ושוטפות כל מה שנקרה בדרכן, כולל אבק וחלקיקי לכלוך.
המנגנון גאוני ! פעם אחת מיוצר משטח ומקבלים שירות ניקוי חינם ללא השקעת אנרגיה או חומרי ניקוי. אפקט הלוטוס כבר יושם בשלל פיתוחים ובהם צבע לקירות חוץ וחלונות, שמשאירים לגשם לעשות את עבודת הניקוי. בסרטון אפשר לראות הדמיה של התהליך.

לפה קוצנית

אחת ההמצאות המפורסמות של פיתוחי ביומימיקרי בהשראת הצומח היא המצאת הסקוטש בהשראת מנגנון ההצמדה של זרעים. זרעים רבים נצמדים לפרוות בעלי חיים חולפים כחלק ממנגנון ההפצה. מהנדס שוויצרי בשם גו'רג' דה מסטרל יצא לטייל עם כלבו ונתקל בזרע של צמח הלפה הקוצנית שנדבק לפרוות כלבו. פרוות הכלב התמלאה זרעים אך במקום לזרוק אותם ולהמשיך בחייו, בחר המהנדס לבחון את הזרע תחת עדשת המיקרוסקופ. המבנה שגילה הכולל זיזים הנתקעים בלולאות של פרוות הכלב הוביל אותו לפיתוח המצאת הסקוטש הכוללת רצועה דוקרנית ורצועה פרוותית.

ד"ר יעל הלפמן כהן

חוקרת, יזמית, יועצת ומרצה בתחום של ביומימיקרי, חדשנות בהשראת הטבע. מייסדת שותפה ומנכ"לית ארגון הביומימיקרי הישראלי, מייסדת חברת Naturecode העוסקת בחדשנות מהטבע בארגונים. מחברת הספר "המצאות הטבע- איך לייצר חדשנות בהשראת הטבע".

לפניה לכותבת: yael@naturecode.co.il

*מידע על פיתוחים בהשראת הטבע ניתן לקרוא בספר "המצאות הטבע", הוצאת קוד הטבע.