הנדסת מכונות | לשכת המהנדסים, האדריכלים והאקדמאים

שבפועל מתכננים רבים נוטים לדלג עליהם ולחתור ישר לפתרון הסופי, תופעה המכונה . ]4[ הפרדוקס התכנוני החדשנות הביומימטית קשורה קודם כל למאפיינים האנלוגיים של תהליך התכנון הביומימטי. ביומימקרי בהגדרה הוא תהליך תכנון אנלוגי בו ידע מועבר מעולם תוכן אחד, המקור (ביולוגיה), לעולם תוכן אחר, היעד (תחום היישום). אנלוגיה ידועה כמקור לחדשנות. ככל שהמרחק בין תחום המקור לתחום היעד גדול יותר, פוטנציאל החדשנות . בתהליך התכנון הביומימטי, ]6[ ,]5[ רב יותר עולם התוכן הביולוגי מייצג מאגר פתרונות פוטנציאלים המבוססים על פרדיגמה תכנונית שונה. כך למשל כמעט ולא נמצא בטבע קווים או זוויות ישרות שנפוצים מאוד בפיתוחים טכנולוגיים. הפתרונות בטבע מבוססים על מגוון מצומצם של חומרים המספקים טווח נרחב של פונקציונאליות. נמצא שיש רק %21 דמיון בין פתרונות ביולוגיים וטכנולוגיים, כאשר בטכנולוגיה יש שימוש ניכר בחומר ואנרגיה, ואילו בטבע שימוש ניכר במבניות . ]7[ ומידע לפתרון אותם אתגריים תכנוניים החיים, מבלי לייצר אשפה או נזק בלתי הפיך לאקוסיסטמה. ההיפך, הן מעשירות את סביבתן תוך כדי פעילות. המבנים והצורות בטבע מספקים טווח נרחב של תכונות תוך שימוש מינימלי במשאבי חומר ואנרגיה. תהליכי הייצור בטבע מתקיימים בסביבת החיים, ועל כן אינם מבוססים על חימום לטמפרטורות גבוהות, . ]1[ לחצים כבדים או שימוש בחומרים רעילים החדשנות הביומימטית אם כן מוסברת על ידי פתרונות פוטנציאליים רבים, המבוססים על פרדיגמה שונה ומועברים בתהליך אנלוגי להנדסה ולטכנולוגיה, כאשר הידע הביולוגי ההולך ומואץ עם השנים הוא הדלק של מנוע החדשנות הביומימטית. הטבע מזוהה גם כמקור לפתרונות מקיימים. מערכות ביולוגיות פועלות תחת מגבלות אפקט הלוטוס עלה לוטוסתמיד נראה נקי למרותשהוא גדל בסביבות בוציות. עובדה זו כמובן מסייעת לו לבצע תהליכי פוטוסינתזה יעילים. כיצד צמח הגדל בסביבה בוצית נראה תמיד נקי? עובדה זו סקרנה מדענים שנים רבות. (, בוטנאי גרמני, חשף Barthlott ברטלוייט ( את מנגנון הניקוי העצמי של עלי הלוטוס, . עלה הלוטוס ]20[ וכינה אותו אפקט 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 סופר-הידרופוביים (דוחים מים בצורה קיצוני). טיפות מים הנופלות על המשטח מקבלות צורה ספרית ומתגלגלות על משטח העלה המשופע בכוח הגרביטציה. בדרך הן מסירות חלקיקי לכלוך המצויים על העלה בשל מערך כוחות האדהזיה המאפיין את מבנה הבליטות. התוצאה - חלקיקי הלכלוך מוסרים באופן קבוע על ידי טיפות מים, משאב זמין בסביבת העלה, ללא השקעת אנרגיה, תוך ניצול כוחות האדהזיה וכוחות הגרביטציה. לאפקט זה נרשמו פטנטים ויישומים ביומימטיים רבים לרבות צבעים, זכוכיות ובדים המתנקים בעצמם. אך תהליך התכנון הביומימטי יכול להתחיל גם באתגר תכנוני מזוהה. בהמשך מאתרים מערכת ביולוגית המדגימה פתרון לאתגר אנלוגי. הפתרון הביולוגי נחקר ומיושם בפתרון הטכנולוגי המפותח. דוגמא לכיוון פיתוח זה היא הרכבת המהירה ביפן, שעוצבה מחדש בתהליך ביומימטי לפתרון בעיית הרעש שיצרה. מערכות בטבע מאופיינות על ידי זרימה יעילה של חומר ואנרגיה. למידת הפתרונות של הטבע מהווה אם כן מקור לפתרונות מקיימים, בהנחה שהמתכנן אינו מסתפק בהעתקת מבנה או מודל מהטבע, אלא גם חותר לייצרו בדרך מקיימת תוך שימוש בחומרים ידידותיים לסביבה. אך חשוב לזכור שהפתרונות התכנוניים בטבע הם לא תמיד אופטימאליים, אידיאליים או אלגנטיים. יתכנו טעויות תכנוניות בטבע . ]8[ שמתכנן אינטליגנטי לא היה מבצע מבנה העין האנושית הוא דוגמא לתכנון לא אופטימאלי. החיבורים העצביים וכלי הדם בעין ממוקמים לפני התאים קולטי האור, ובכך פוגעים ביעילות קליטת האור, בעוד שהגיוני יותר היה למקמם מאחורי הרטינה ולמנוע את הנקודה העיוורת בעין. לעיתים האילוצים התכנוניים של הטבע אינם רלוונטיים למרחב התכנוני ההנדסי. מכאן שעלינו ללמוד בצורה שקולה וביקורתית את הפתרונות התכנוניים של הטבע ולהציע שינויים או שיפורים לפתרון הטבעי, אם נדרש. ההבטחה של תחום הביומימיקרי גדולה. פתרונות הטבע יכולים להפתיע אותנו כמהנדסים, לסייע לנו להשתחרר מקיבעונות תכנוניים ולהוות מקור לחדשנות סביבתית. אך לצד ההבטחות, יש גם מגבלות. לעיתים המעבר בין מערכות ביולוגיות לטכנולוגיות הוא גם מעבר של סדר גודל (למשל ממיקרו למקרו), מעבר הכרוך לעיתים במגבלות ואילוצים שעלולים למנוע מהפתרון הביולוגי לתפקד במרחב ההנדסי. לעיתים, לא נמצאת חלופה חומרית ראויה לחומר הביולוגי, ולעיתים, למרות שהפתרון הביולוגי מובן יש מגבלות טכנולוגיות המונעות את ייצורו. תהליך התכנון הביומימטי תהליך התכנון הביומימטי ייחודי מתהליכי תכנון רגילים בכך שהוא יכול להיות מבוצע Solution בשני כיוונים: מהביולוגיה להנדסה ( ) או מההנדסה לביולוגיה based design . [9] Problem ( based design ( www.engineers.org.il הנדסת מכונות 15

RkJQdWJsaXNoZXIy NTkzMDY=