© ROOT-NATION.com - מאמר זה תורגם אוטומטית על ידי AI. אנו מתנצלים על אי דיוקים. לקריאת המאמר המקורי, בחר English במחליף השפה למעלה.
לטבע היו 3.8 מיליארד שנות אבולוציה לתהליכי הישרדות מושלמים - מעיצוב כנפי ציפורים ועד לשיטת האבקת פרחים. לעומת זאת, בני האדם היו קיימים רק חלק קטן מתוחלת החיים של כדור הארץ, ובכל זאת אנו מחפשים כל הזמן השראה מהטבע. לאורך כל הזמן הזה, הטבע סיפק מעין תוכנית שהאנושות תוכל לעקוב אחריה.
הטבע מושלם בייחודיותו, יעיל, חוסך משאבים ומקיים את עצמו. העיצובים והתהליכים שפיתחה נבדקו במשך מיליוני שנים, והוכיחו את יעילותם בסביבות מגוונות.
לדוגמה, המבנה המשושה המשמש את הדבורים לבניית הכוורות שלהן. החוזק והיציבות הגבוהים של הגיאומטריה הופכים אותה לאידיאלית עבור הדבורים, תוך שימוש יעיל בכמות מינימלית של חומר. כיום, בני האדם מיישמים את המבנה הזה בתחומים שונים, ממטוסים וחלליות ועד לבנייה ואריזה. ביומימיקרי מתייחס ללימוד וחיקוי של עיצובים ותהליכים טבעיים לשימוש מעשי. במאמר זה, נחקור כמה מהעיצובים והתהליכים שהטבע מציע וכיצד הם הותאמו ליצירת מבנים בני קיימא יותר מעשה ידי אדם.
מטוסים
הדוגמה המפורסמת והעתיקה ביותר של ביומימיקה היא המטוס. מאמינים כי מעוף היונים נתן השראה לאחים רייט ליצור את המטוס הראשון, שאותו השיקו בשנת 1903. מצורת הציפור והאופן שבו פועלות כנפיה ועד איך הציפור גולשת באוויר, כל האלמנטים הללו שימשו שרטוטים למטוסים מודרניים. תכונות אלה נחקרות בקפידה, ומדענים שואפים לשכפל אותן.
מעצבי מטוסים מעצבים את הכנפיים כדי לחקות את פני השטח המעוקלים של כנף של ציפור, ויוצרים הבדל בלחץ האוויר מעל ומתחת לכנף כדי ליצור עילוי. ההגאים בזנב המטוס מחקים נוצות זנב של ציפור כדי לספק איזון ושליטה בכיוון. על ידי יישום עקרונות עיצוב טבעיים, מדענים יצרו מכונה כבדה יותר מאוויר שיכולה לנוע בשמים. בנוסף למטוסים מסחריים, נחקרה גם היווצרות בצורת V של ציפורים, כמו אווזים.
התצורה בצורת V עוזרת לחסוך באנרגיה על ידי לכידת הנסיגה מהציפור מלפנים, ומפחיתה את כמות האנרגיה הנדרשת לציפור מאחור כדי להישאר באוויר. טייסות צבאיות מיישמות עיקרון זה כדי למקסם את היעילות האנרגטית.
קרא גם: 8 הטכנולוגיות הצבאיות המובילות של העתיד שכדאי לשים אליהן לב היום
סקוטש
המהנדס השוויצרי ג'ורג' דה מסטרל המציא את הסקוטש ב-1941 לאחר שחזר מטיול ביער והבחין בקורים מצמחי ברדוק שנדבקו לבגדיו ולפרוות הכלב שלו. לאחר בחינתן במיקרוסקופ, ראה דה מסטרל כי לקוצים יש ווים זעירים על הזרעים שלהם, מה שגרם להם להיצמד לבגדים ולפרווה.
בהשראת עיצוב הקרס, דה מסטרל יצר סקוטש - מערכת המורכבת משני חלקים. צד אחד כלל ווים זעירים, ואילו בצד השני היו לולאות קטנות. כאשר שני הצדדים נלחצו זה לזה, הווים נתפסו בלולאות ויצרו קשר חזק. עם זאת, החיבור תוכנן להיות חזק מספיק כדי להחזיק אבל קל מספיק כדי להפריד עם כמות מספקת של כוח.
כיום נעשה שימוש בסקוטש במגוון רחב של פריטים, החל מבגדים ותיקים ועד לתחבושות רפואיות ומארגני כבלים. לְמַעֲשֶׂה, NASA השתמשו גם בסקוטש כדי לאבטח חפצים בתנאי אפס כבידה. בהשראת העיצוב הפשוט אך היעיל של פיזור זרעים, הוולקרו הפך למרכיב בכל מקום בחיי היומיום. הוא משמש כחלופה לכפתורים ורוכסנים, ומציע יתרונות כמו קלות שימוש, שימוש חוזר ויעילות.
קרא גם: איך ייראו רכבות נוסעים של העתיד
טרמיטים
תלוליות טרמיטים הן מבנה יוצא דופן שנוצרו על ידי טרמיטים כדי לספק מחסה ולווסת את סביבת המחיה של המושבה שלהם. תלוליות אלה עשויות אדמה, עץ לעוס, עפר ורוק, וכוללות מבנה אוורור מרכזי דמוי עשן המחובר למנהרות ולחדרים תת-קרקעיים. עיצוב זה עוזר לשמור על סביבה אופטימלית בתוך השטחים התת-קרקעיים.
אוויר חם עולה דרך המבנה המרכזי, ומאפשר לאוויר קריר להיכנס דרך הפתחים התחתונים. זה מבטיח שהסביבה בתוך התלים נשמרת, ללא קשר לתנאים חיצוניים. העיצוב גם מקל על אוורור וחילופי גז. מבנים אלו יכולים להגיע לגובה של עד 9 מטרים ולעמוד לאורך עשרות שנים, מה שמציג את עמידותם.
בהשראת תלוליות טרמיטים, אדריכלים תכננו מבנים המחקים את המבנה הזה. אחת הדוגמאות הידועות ביותר היא מרכז איסטגייט בזימבבואה. עוצב על ידי מייק פירס, מרכז איסטגייט שואף לשמור על אקלים מבוקר עבור הדיירים באקלים חם תוך הפחתת צריכת האנרגיה לקירור.
קרא גם: מדוע מטבעות קריפטו עולים לאחר הניצחון של טראמפ: הסבר
משטחים לניקוי עצמי
למרות קיומו במים עכורים, הלוטוס נשאר נקי הודות לאופי האולטרה הידרופובי של העלים שלו. גבשושיות זעירות מכוסות שעווה מכסות את פני עלה הלוטוס, וגורמות לטיפות מים להתגלגל, ולשאת עימן לכלוך ופסולת. הננו-מבנים על פני העלה (גבשושיות זעירות אלו) מפחיתים את הידבקותן של טיפות מים, ומאפשרים להן לקלוט חלקיקי אבק. תופעה זו ידועה בשם "אפקט הלוטוס", מונח שהוצג לראשונה ב-1977 על ידי ברתלוט ואהלר, שתיארו את תכונות הניקוי העצמי של עלה הלוטוס.
מאז, מדענים בחנו ציפויים בהשראת עלי לוטוס המנקים את עצמם. חברת Sto Corp האמריקאית פיתחה צבע בהשראת אפקט הלוטוס, הדוחה לכלוך ולכלוך.
בנוסף לניקוי עצמי של צבעים, בדים וציפויים, שיטה זו משמשת גם לפיתוח חומרים לקולטים תרמיים סולאריים, חיישני בקרת תנועה וסוככים.
קרא גם: איך ייראו מטוסי נוסעים של העתיד
רכבות יפניות מהירות
שלדגים הם ציפורים זריזות ומהירות להפליא שחוטפות על הטרף שלהם כדי לתפוס אותו. הם מתקרבים בשקט, במיוחד ליד מקווי מים, כדי לא להבהיל את התפיסה שלהם. העיצוב הייחודי של מקורו של השלדג מעניק לו את היתרון הזה. הוא כולל מקור צר, ארוך ומחודד, כשהקוטר גדל מהקצה לבסיס. עיצוב זה עוזר להפיץ את הלחץ שנוצר בעת פגיעה במים, מפחית את רעש ההתזה ומבטיח צלילה יעילה, שקטה ויציבה.
מהנדסים יפנים שפיתחו את הרכבת המהירה שינקנסן התמודדו תחילה עם הבעיה של בום מנהרה חזק שנגרם מהלחץ האטמוספרי שנוצר בקדמת הרכבת.
כדי לפתור בעיה זו, מהנדסים הסתכלו על עיצוב מקורו של השלדג. הם עיצבו מחדש את חזית הרכבת כדי לחקות את צורת המקור, ולבטל את בום המנהרה. עיצוב זה גם אפשר לרכבת לנוע ב-10% מהר יותר ולצרוך 15% פחות חשמל.
קרא גם: אירופה קליפר: כל מה שאתה צריך לדעת לפני שיגור החללית הגדולה ביותר
חידושים בהשראת עור כריש
כרישים ידועים במהירות ובמומחיות השחייה שלהם מתחת למים. אין זה מפתיע שמדענים ניסו לשכפל עור כריש עבור יישומים שונים, כולל ייצור בגדי ים וציפויים אנטיבקטריאליים. עור הכריש מורכב ממבנים זעירים דמויי שיניים הנקראים שיניים עוריים, אשר מרגישים חלקים בכיוון אחד ומשוננים בכיוון השני. שיניים עוריים אלו ממלאים שני תפקידים: הם פועלים כשריון מגן ומשפרים את התנועה במים.
המונח שיניים עוריים הוכח ככלי רב עוצמה עבור כרישים. על ידי שיבוש זרימת המים עם הקצוות המשוננים שלהם, שיניים עוריים מפחיתים את הגרר שהכריש חווה בזמן שהוא נע במים, ומאפשרים לו לשחות במהירות, ביעילות ובשקט. מבנים אלה גם מונעים ממיקרואורגניזמים להיצמד לעור הכריש. הרכסים הזעירים לאורך פני העור מונעים מטרמפיסטים לא רצויים לתפוס נסיעה חופשית.
בהשראת המשטח הייחודי הזה, מדענים שיכפלו אותו עבור בגדי ים כדי לשפר את הביצועים שלהם. בגדי הים האלה הצליחו כל כך במשחקים האולימפיים שאחד מהם, ה-Spedo LZR Racer, נאסר על ידי פדרציית השחייה הבינלאומית.
עם זאת, כמה חוקרים טוענים כי בגדי ים בהשראת עור כריש למעשה מגבירים את הגרר במקום מפחיתים אותו. גופו של כריש הרבה יותר גמיש משל האדם, וזו הסיבה ששיניים עוריים עוזרים להפחית את ההתנגדות. בעוד שבגדי הים פותחו על ידי התבוננות בעור הכריש, הצלחתם עשויה להיות תוצר לוואי של תהליך ניסוי וטעייה ולא שכפול ישיר של היתרונות ההידרודינמיים של הכריש.
עור כריש נחקר גם לפיתוח טכנולוגיות רפואיות, כגון יריעות פלסטיק המיושמות על קירות בית החולים. יריעות אלו מסייעות במניעת התפשטות חיידקים ומיקרואורגניזמים מזיקים אחרים, מכיוון שהם אינם מסוגלים להיצמד לקירות.
קרא גם: הצפנה מקצה לקצה: מה זה ואיך זה עובד
מבני חלת דבש
כפי שהוזכר בהקדמה, מבנה חלת הדבש המשמש את הדבורים הוא צורה גיאומטרית יעילה ביותר. הסיבה שהדבורים בחרו בצורת המשושה הייתה נושא לעניין מדעי מאז תקופתו של צ'ארלס דרווין, אשר שיער שצורה זו הותאמה לייעל את תהליך ייצור השעווה. טופס זה ממקסם את שטח האחסון הזמין תוך שימוש בכמות השעווה הנמוכה ביותר.
בשנת 1999, המתמטיקאי האמריקני תומס היילס הוכיח שהמשושה ממזער את השטח ההיקפי וממקסם את המרחב תוך שימוש בכמות הקטנה ביותר של חומר. זה ידוע בשם "השערת חלת הדבש". בנוסף לאחסון השעווה, תאים משושים גם מגינים ומחזיקים זחלים, ומבטיחים שהשעווה לא תימס באקלים חם.
בהשראת הדבורים, מדענים מיישמים גיאומטריה במראות מטוסים, חומרי בניין ולהבי טורבינות רוח. התכנון מתמקד ביעילות משאבים, הפחתת משקל ועלויות חומרים.
באופן ספציפי, המראות של טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) מורכבות מ-18 מקטעים משושה המסודרים בתבנית חלת דבש. גיאומטריה זו ממקסמת את שטח הפנים ללכידת אור תוך שמירה על שלמות מבנית ומזעור משקל, שהוא חיוני למשימות חלל.
אלו הן רק כמה דוגמאות של ביומימיקה וכיצד הטבע מעורר עיצובים וחידושים יעילים. רשימה זו אינה ממצה בשום פנים ואופן ונוגעת רק לשיפורים שעשה הטבע במבנים ובתהליכים שלו. כיום, ישנן מערכות ותהליכים טבעיים רבים שמדענים חוקרים כדי לשפר את הטכנולוגיות הקיימות.
הטבע ממשיך להתפתח ולמטב את המערכות שלו, תוך תועלת לא רק לעולם הטבע אלא גם מעורר השראה לאנשים ליצור חידושים מהם הם יכולים לשאוב השראה.
אם אתם מתעניינים בכתבות וחדשות בנושאי תעופה וחלל, אנו מזמינים אתכם לפרויקט החדש שלנו AERONAUT.media.
קרא גם:
