שערי
חליפין
שינוי אחרון: 17.8.2017
יחידות מטבעהשער
סל המטבעות
דולר3.627
אירו4.240
ליש"ט4.668
100 יין3.292

כנס ביומימיקרי - אקדמיה ותעשייה

כנס ראשון מסוגו בשיתוף פעולה בין לשכת המהנדסים לארגון הביומימיקרי הישראלי וביה''ס ללימודי הסביבה ע"ש פורטר באוניברסיטת תל אביב, התמקד בנושא ההנדסה שמחקה את הטבע

מאת: אלי תבור

כ-150 מהנדסים, מדענים, אנשי אקדמיה ותעשיינים, השתתפו בכנס הראשון לביומימיקרי, שנערך ב-22 באוקטובר 2014, באחד מבנייני חברת "מייקרוסופט'' בהרצליה פיתוח, ואורגן ע"י לשכת המהנדסים והאדריכלים וארגון ביומימיקרי ישראל בשיתוף עם המעבדה לביומימיקרי בבית הספר ללימודי הסביבה ע''ש פורטר, אוניברסיטת תל-אביב. בכנס הוצג נושא הביומימיקרי בהרחבה משלושה היבטים שונים בפני ציבור המהנדסים על-ידי 11 מרצים, במטרה לקדם סקרנות, שיח ושיתופי פעולה מחקריים ויישומיים בין ביולוגים ומהנדסים.



 

 

 





משמעות המונח ביומימיקרי היא - חיקוי החיים. זוהי דיסציפלינה רב-תחומית העוסקת בחיקוי ולמידה מהטבע לפתרון בעיות ולפיתוחים מדעיים וטכנולוגיים בכל תחומי החיים. מאז ומעולם קיבל האדם את השראתו מהטבע וכבר במאה ה-15 ניסה ליאונרדו דה וינצ'י, מדען, מהנדס וממציא, גאון אוניברסלי שהיה בקיא בכל תחומי הידע האנושי, להפוך את החיקוי הביולוגי למתודה הנדסית, כשקבע כי "האדם לא יכול למצוא עצה טובה, פשוטה וישירה יותר מהעצה של הטבע, כי בהמצאות הטבע אין דבר חסר ואין דבר מיותר''.
אולם רק במאה ה-21 הפכה ההצמדה בין הביולוגיה להנדסה ולטכנולוגיה לשורה של פיתוחים מדעיים וטכנולוגיים שהניפו מקצועות חשים כמו ביוהנדסה ביומכניקה, ביוטכנולוגיה, ביופיסיקה, בירפואה וביומימיקרי. אם בתחילת המאה ה-21 היו בעולם האקדמי, העסקי והתעשייתי רק כ-100 פטנטים, פרסומים ומכוני מחקר בתחום הביומימיקרי, הרי שכיום מגיע מספרם ליותר מ-1,500. התחום מהווה מנוע לצמיחה כלכלית ועל-פי התחזיות הוא יצור כבר בשנת 2030, בארה''ב לבדה, כ-2.4 מיליון משרות.

החדשה הביומימטית מתפשטת גם בישראל
לפני כחמש שנים הוקם ארגון ביומימיקרי ישראלי, שמרכז את הפעילות בתחום זה כשמטרתו המוצהרת, כדברי מנכ''ליתו, אינג' יעל הלפמן כהן, היא "לראות תעשייה ביומימטית בישראל, שלה יש את כל החוזקות הנדרשות להוביל גל חדשנות זה, הנדסה חזקה, ידע נרחב במדעי החיים ורוח יזמית.

הכנס נפתח בדברי ברכה של אינג' אברהם לביא, יו''ר ענף טכנולוגיות ייצור של אגודת מהנדסי מכונות בלשכת המהנדסים, שבירך את המשתתפים בשם הלשכה והאגודה.
בתמונה משמאל: אינג' אברהם לביא, יו''ר ענף טכנולוגיות ייצור של אגודת מהנדסי מכונות
אחריו בירך את משתתפי הכנס פרופ' אריה נשר, המנהל המקצועי של ביה"ס ללימודי הסביבה, אוניברסיטת ת''א, שהדגיש כי ביה''ס מבקש ליצור מרכז מחקר בתחום זה שיהיה בעל אופציות אקדמיות ותעשייתיות. הוא הציג את מנכ''לית ארגון ביומימיקרי ישראל כ"תוצר של תוכניות הלימודים שלנו לדוקטורנטים, דוגמא לסטודנטית שבחרה להתמחות בתחום פורץ דרך ומשדר חדשנות".

בתמונה מימין:
פרופ' אריה נשר, המנהל המקצועי של ביה"ס ללימודי הסביבה, אוניברסיטת ת''א



מערכת הגנה למערכות סייבר שמחקה התגוננות מווירוסים
ואומנם, הרצאת הפתיחה בכנס , אותה נשאה אינג' יעל הלפמן כהן, הייתה בנושא "ביומימיקרי כמנוע חדשנות". היא הציגה שתי חברות ישראליות מתחום הביומימיקרי כדי להמחיש את הנושא. האחד, סיפור "סייברה"- פיתוח מערכת אבטחה למכשירים ורשתות מפני התקפות סייבר בהשראת הטבע. מפתחי המערכת נועצו במיקרוביולוגית המתמחה בהתגוננות מפני התקפות וירוסים באמצעות מניעת התקפות על-ידי שינוי רצפטורים, ובהסתמך על תובנה זו הציבו במערכת האבטחה שפתחו מלכודות ששינו את יעדי התקפת הסייבר. החברה שפיתחה מערכת זו נמכרה במארס 2014 ב- 220 מיליון דולר לענקית אבטחת המחשבים PaloAlto Networks.

בתמונה מימין:
אינג' יעל הלפמן כהן (עומדת) וד"ר דפנה חיים לנגפורד, מנכ"לית ויו"ר (בהתאמה) ארגון הביומימיקרי הישראלי 


סיפור שני הוא סיפורה של חברת "סטורדוט" הישראלית, שהציגה באפריל השנה פיתוח של טכנולוגיה מהפכנית להטענת סוללות במהירות של 30 שניות ולבניית מסכים מחומרים שאינם רעילים. זאת, לאחר שפרופ' אהוד גזית, מופקד הקתדרה לביוטכנולוגיה של מחלות נוירודגנרטיביות באוניברסיטת ת''א, זיהה פפטידים בעלי תכונות אופטיות וחשמליות מיוחדות, ודורון מאירסדורף, יזם "סטורדוט", בנה צוות לחיקוי תחומי הביולוגיה, הכימיה והפיסיקה של התהליך הטבעי ובסנתוז המולקלות במעבדה הוא הצליח לגייס 42 מיליון דולר לפיתוח התהליך הביומימטי. "יש עוד הרבה סיפורי חדשנות ביומימטית בישראל בתחומים שונים על-ידי מיזוג של ידע מדיסציפלינות שונות, שהם גם בעלי ערך מוסף סביבתי", אמרה יעל הלפמן כהן. "מה שהופך את התחום למנוע חדשנות הם הרחבת מרחב הפתרונות האפשריים, העברה אנלוגית של ידע בין תחומים, ופתרונות המבוססים על פרדיגמה שונה, שכן הביומימיקרי משולב בשלבים הראשונים של תהליך התכנון ההנדסי - שלבי הרעיון התכנוני - שבהם הטבע הוא מחולל הרעיונות והפתרונות. חשיבה הנדסית כזאת מאפשרת יציאה מקיבעונות הנדסיים". הלפמן כהן הסבירה גם את ההבדלים בין הביולוגיה להנדסה, שעקרונות הפתרון בהם שונים: "בטכנולוגיה משתמשים בעיקר במניפולציה של אנרגיה וחומר, בעוד שבביולוגיה המניפולציה היא של מבנה ומידע. לפיכך יש להנדסה מרחב לימוד רב במרחב הביולוגי".

בהמשך התחלק הכנס לשלושה מושבים עוקבים: מושב שכותרתו הייתה "ביומימקרי באקדמיה: אנרגיה, חומר והנדסה"; מושב שהוקדש ל"ביומימיקרי באקדמיה - תנועה ורובוטיקה"; ומושב שלישי שעסק ב"ביומימיקרי בתעשייה". בשני המושבים הראשונים הירצו פרופסורים ודוקטורים מהאקדמיה ואילו במושב השלישי הרצו נציג חברות שכבר יישמו יישומים ביומימטיים בתחומים תעשייתיים מסחריים.

חיקויים של צרעות, שממיות וחגבי ארבה
במושב הראשון הרצה ד''ר מריאן פלוטקין, דוקטור במדעי הרפואה, פוסט דוקטורנט בטכניון בקבוצתו של פרופ' חוסאם חאיק, שפיתח התקן לגילוי סרטן בהסתמך על חוש הריח של כלבים היכולים לזהות גידולים סרטניים בשלבים מוקדמים על-ידי זיהוי biomarkers של המחלה. ד''ר פלוטקין עצמו הרצה על "קציר אנרגיה סולארית בשלד החיצוני של הצרעה המזרחית'' - מחקר שהתפתח לאחר שאובחנה פעילות יתר של צרעה זו בנוכחות השמש. כשנחקרו פני השטח והצבעים של שלד הצרעה נמצאו בהם תכונות מיוחדות של לכידת אור לרבות פיגמנט המאפשר המרת אור לחשמל. הישימות האפשרית של מחקר זה היא אפשרות לפיתוח מבנים ננומטריים שיבצעו מניפולציה של האור.
בתמונה מימין: ד''ר מריאן פלוטקין, דוקטור במדעי הרפואה, פוסט דוקטורנט בטכניון בקבוצתו של פרופ' חוסאם חאיק

ד''ר היתם קאסם, ראש המעבדה לטריבולוגיה במכון במתכות בטכניון בחיפה, הציג מחקר מרתק על חיקוי מנגנון ההיצמדות של שממית לקירות אנכיים על-ידי מיקרו מבנים הירארכיים. מחקרו חשף, כי השממיות פיתחו מנגנוני הצמדה ייחודיים שמסייעים לאצבעות רגליהן ליצור שטח מגע גדול שמאפשר להן להיצמד למשטחים חלקים ותלולים ולהתנתק מהם בשבריר שנייה מבלי להפעיל כוח. הוא סיפר כי ברגלי השממית יש כ-6.5 מיליון שערות זעירות העשויות קראטין, שאורכן מיליונית המטר. כל שערה מתפצלת בקצה לתתי-זיפים שאורכם כמה ננו-מטרים. זיפים אלה מסוגלים להתכופף ולהתאים עצמם לשקעים הזערים הנמצאים על כל משטח. השממית מפעילה רק 2,5000 שערות כדי להחזיק את גופה במאונך. אילו הייתה מפעילה את כל 6.5 מיליון השערות שברגלה הן היו יכולות לשאת משקל של 130 ק''ג!
בהשראת מנגנון ההצמדה של השממית פותח "דבק שממית" - חומר המכוסה בשערות ננו-סקופיות, המחקות את השערות ברילי השממית ומאפשרות הצמדה חזקה וניתוק קל. לומר הצמדה זה יש יישומים אפשריים רבים, החל בסוגים חדשים של צמיגים לרכב ועד לרובטים שיהלכו על הקירות. "אפשר לייצר דבקים כאלה בייצור המוני בתעשייה. נפתחות פרספקטיבות רחבות חדשות לייצור זול של מערכות הצמדה דמויות שממיות", סיכם ד''ר קאסם.
בתמונה מימין: ד''ר היתם קאסם, ראש המעבדה לטריבולוגיה במכון במתכות בטכניון בחיפה

פרופ' אמיר איילי, ראש המחלקה לזואולוגיה באוניברסיטת תל-אביב, הרצה על שיתוף פעולה ביולוגי הנדסי בהשראת חגב הארבה. "עולם החרקים", הוא סיפר, "הוא עולם מיוחד בגלל המגוון העצום של החרקים. חגבי הארבה עניינו אותנו משום שהם מעופפים בסביבה מורכבת ויודעים להפוך מצב סטטי לתנועה - מה שהיווה עבורנו מקור השראה יוצא דופן. ביקשנו לפתח טכנולוגיה מושפעת חגב, שתאפשר לייצר מנגנון קפיצה רובוטי. לשם כך בדקנו את רגלי החגב, ובאמצעות סרטי וידיאו עקבנו אחר המנגנון המאפשר לו לקפוץ למרחקים גדולים. על סמך זה ביצענו סימולציות לפיתוח מנגנון קפיצה רובוטי. העקרונות שלמדנו מהחגב הם, יכולת אגירת אנרגיה בקפיצים עד לשלב הדריכה והשחרור, שמאפשרת לו קפיצה לגובה של עד 2.5 מ'. כמו כן יש לו מנגנוני ייצוב באמצעות נפנופי כנפיים בעת הקפיצה. כעת אנו מנסים לייצר מעופפים זעירים עם מנגנונים מנופנפים. "יתרה מזאת", הוסיף פרופ' איילי. "חגב הארבה הוא גם מודל לתנועה נחילית ומהווה מקור השראה לפיתוח נחילי רובוטים למטרות שימושיות, כמו פינוי מוקשים, חיפוש והצלה, ניקוי מזהמים ועוד. אנחנו עובדים עכשיו על פיתוח רובוט אוטונומי שיוכל להשתלב בנחיל רובוטים במעבדה. כל הפרויקטים האלה מבוצעים בשיתוף פעולה הדוק בין ביולוגים למהנדסים".
בתמונה מימין: פרופ' אמיר איילי, ראש המחלקה לזואולוגיה באוניברסיטת תל-אביב

לא להעתיק - רק לאמץ עקרונות!
במושב השני הרצה פרופ' בנימין הוכנר, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון למדעי החיים של האוניברסיטה העברית בירושלים, על מה שניתן ללמוד מהתמנון על תכנון רובוטים גמישים. התמנון הוא הדוגמה הטובה בעותר בטבע לתנועה של זרועות ארוכות וגמישות, שאינן מסתבכות זו בזו תוך כדי תנועה. מחקרים שבוצעו על התמנון העלו שהתמנון התגבר על אתגרים הקשורים על שליטה בזרועותיו באמצעות אימוץ אסטרטגיות ייחודיות המאפשרות לו אינטראקציה מוצלחת בין המוח, הגוף והסביבה. התמנון גם פיתח אפיונים ייחודיים למערכת שלו כדי לפשט לעצמו את בעיות הבקרה על התנועה. על סמך חיקוי אסטרטגיות אלה מנסים עתה לפתח רובוט גמיש, שיהיה בעל זרועה רובוטים גמישה שתשמש לניתוחים, לשכלול הרובוט הרפואי "דה וינצ'י" המבוסס רק על זרועות קשיחות.
בתמונה משמאל: פרופ' בנימין הוכנר, מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון למדעי החיים של האוניברסיטה העברית בירושלים

פרופ' מחקר אמריטוס דניאל וייס, מהמחלקה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל, וראש התוכנית למערכות אוטונומיות ורובוטיקה בטכניון בחיפה, סקר בהרצאתו מחקרים על תעופת ציפורים ושחיית בעלי חיים, שהעניקו השראה לשיפורים בכלי טיס ובטיסות מבנה בגבהים נמוכים, דוגמת השקנאים.

בתמונה מימין:
פרופ' מחקר אמריטוס דניאל וייס, מהמחלקה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל בטכניון בחיפה

על השראה ביומימטית מהים, תוך דגש על חיקוי פעילות שוניות אלמוגים, הרצה פרופ' יהודה בניהו, פרופסור לביולוגיה ימית, מהמחלקה לזואולוגיה, אוניברסיטת תל-אביב. עיקר הרצאתו עסקה בתגלית שגילה במעבדתו הקשורה לסיבי קולגן ייחודיים שנמצאו באלמוג הבצקנית, אלמוג רך, דמוי פטריה, בקוטר עשרות ס''מ, השוכן בשוניות טרופיות, כולל באילת. בדיקה נמצא כי סיבים אלסטיים אלה הניתנים למתיחה עשויים מקולוגן (החבלון הנפוץ ביותר בעולם החי) ייחודי מבחינות ביומכאניות בעלות אלסטיות וחוזק גבוהים, ברמה הגבוהה ביותר בעולם החי. הפוטנציאל העתידי של קולוגן זה הוא בתחום האורתופדיה, השתלת רקמות בגוף האדם, וייצור כלי דם מלאכותיים.
בתמונה מימין: פרופ' יהודה בניהו, פרופסור לביולוגיה ימית, מהמחלקה לזואולוגיה בבית הספר ללימודי הסביבה ע''ש פורטר, אוניברסיטת תל-אביב

הרצאתו של פרופ' יורם רייך, מבית הספר להנדסה מכאנית באוניברסיטת תל-אביב, שסיימה מושב זה, עסקה בצורה שבה תאפשר הביומימיקה לפתור בעיות קשות ללא פשרות, על מנת שתוכל להיות בסיס להנדסה, לארגונים ולשיטות. הוא הציג דוגמאות מהטבע להשגת מטרות בצורה היעילה, המהירה והפשוטה ביותר, שהמוטו המונח בבסיסן הוא - הגורם שיצר את הבעיה הוא גם שיפתור אותה! מסקנה נוספת שלו: "לא צריך להעתיק בדיוק מהטבע, אלא רק לאמץ את העיקרון על-פי הוא פועל!"

בתמונה משמאל:
פרופ' יורם רייך, מבית הספר להנדסה מכאנית באוניברסיטת תל-אביב

עוקץ היתושה כמודל להחדרה תת-עורית
המושב השליש והמסיים של כנס הביומימיקרי הוקדש להצגת יישומים ביומימטיים שכבר משווקים בצורה מסחרית. ד''ר דפנה חיים לנגפורד, יו''ר ארגון הביומימיקרי הישראלי, המשמשת כסמנכ''ל פיתוח עסקי של חברת Xenia Venture Capital (קרן המשקיעה בסטארטאפים בתחומים חדשניים, ובחברות הנמצאות בשלבים התחלתיים בתחומי ההיי-טק והביו-רפואה בישראל), סקרה יישומים ביומימטיים נבחרים המיושמים כבר בתחום הרפואה בישראל ובחו''ל. עבדות הדוקטורט שלה עסקה בפיתוח מכשור רפואי ביומימטי ומאז היא רכשה היכרות מעמידה במיוחד בתחום היזמות הביומימטית בישראל. בין השאר היא סיפרה על פיתוח יפני של מחט זריקה שאינה מכאיבה, המבוססת על חיקוי חדק יניקת הדם של היתושה, שיש בו שבעה מנגנונים שונים, שנועדו לאלחש ולמנוע קרישת דם בנקודת העקיצה; על חברה ישראלית המפתחת חוטים על בסיס חוטי העכביש, החזקים פי שש מפלדה; על חברה אמריקאית שפיתחה חומר המחקה קורים של תולעי משי; על חברה שפיתחה חומר המאפשר עיכול איטי של מזון מבלי להעלות את רמות הסוכר בגוף, המבוסס על חיקוי פעולת גופה של לטאה ממרכז אמריקה; ועל אסטרטגיה לאיסוף סידן אמורפי, המסוגל לסייע בבניית עצמות בגוף האדם, המבוססת על מחקר שנעשה בחוות הלובסטרים בערבה, שם מגדלים את הסרטן הכחול, שפיתח מנגנון הישרדותי מיוחד במעבר ממים מלוחים למים מתוקים.
בתמונה מימין: ד''ר דפנה חיים לנגפורד, יו''ר ארגון הביומימיקרי הישראלי, המשמשת כסמנכ''ל פיתוח עסקי של חברת Xenia Venture Capital

ד''ר אמיר תורן, מנכ''ל חברת "סטארלט דרמה" הישראלית, שפיתחה את ה- InoCyte - מערכת מיקרו מזרקים בגודל של מיקרון המבוססים על מנגנוני הצריבה של שושנת הים, שכוללים מיקרו-מזרקים באמצעותם היא מחדירה חומר משתק לטרף פוטנציאלי. חיקוי מנגנון זה של שושנת הים יצר פלטפורמה חדשנית להחדרה תת-עורית של חומרים פעילים, כמו מוצרים רפואיים וקוסמטיים. והחברה כבר נמצאת במו''מ מתקדמים עם חברות קוסמטיקה מהגדולות בעולם לשימוש בפלטפורמת הננו-מחטים שפיתחה להחדרה תת-עורית של מוצריהן.

סיימה את הכנס הרצאתה של תות שני, נציגת מכירות של חברת Festo הגרמנית בישראל. "פסטו" היא חברה בינלאומית, ספקית מובילה של טכנולוגיות אוטומציה המבוססות ברובן ככולן על חדשנות ביומימטית. בכל שנה מפתחת "פסטו'' כמאה יישומים חדשניים בתחומי האוטומציה התעשייתית והרובוטיקה. בשנת 2006 הקימה החברה מחלקה ביונית, שהיא רשת למידה ביונית, החוקרת בעלי חיים ומטמיעה את מסקנות מחקריה במוצרים הטכנולוגיים של החברה. קבוצה ביונית זו מהווה מודל להחדרה של מתודולגיות ביומימטיות לפעילות המו''פ השוטפת של חברה עסקית.

המבקשים ללמוד יותר על ארגון הביומימיקרי ישראל ופעילותו מוזמנים להיכנס לאתר הארגון שכתובתו היא: www.biomimicry.org.il
הארגון מוציא גם ידיעון חדשות שניתן לקרוא אותו באתר האינטרנט שכתובתו: http://biomimicrynews.blogspot.co.il

 

שלח לחבר
שתף


 


Google