מגזין המים הישראלי

הנדסת מים

ביומימטיקה היא תחום דעת בצמיחה העוסק בחיקוי מודע של הפתרונות

התכנוניים של הטבע. ביומימטיקה מיושמת בפועל בעיקר בשלב התכנון

הרעיוני, באמצעות שיטות תכנון וכלים ביומימטיים, שפותחו כתוצאה

מחיקוי הטבע. בשלבים אלה מורחב מגוון הפתרונות הפוטנציאליים על-

ידי בחינת הפתרונות המקיימים של הטבע. תהליך העברת הידע מתחום

הביולוגיה להנדסה מבוסס על זיהוי אתגר תכנוני אנלוגי בטבע, הפשטת

הפתרון והעברתו ליישום.

שיטות תכנון ביומימטיות מאפשרות העברה של ידע בין הטבע להנדסה. הן

תוכננו לזקק את הידע בטבע ולהנגיש אותו למתכננים. לשיטות אלה יכולת

לתת מענה לצורך ההולך וגובר בטכנולוגיות מקיימות. פתרונות לאתגרים

סביבתיים מרכזיים בתחומי האנרגיה, החומר והמים כבר נפתרו בטבע, וחלק

מהם אף הוביל לפיתוח טכנולוגיות מקיימות. דוגמאות מייצגות לטכנולוגיות

ביומימטיות אלה מוצגות במאמר. המאמר סוקר שני כלים ביומימטיים

לתכנון מקיים, המבוססים על זיהוי עקרונות הקיימות בטבע ועל תרגומם

לעקרונות תכנוניים: ”מעריסה לעריסה” ו”עקרונות החיים”. כמו כן, מוצג

כלי חדש שפותח על-ידי כותבת המאמר לזיהוי עקרונות קיימות בטבע

אליות בטבע”. כלים אלה מאפשרים

והעברתם להנדסה - ”עקרונות האיד

להטמיע את הקיימות עוד בשלבים הראשוניים של תהליכי התכנון מחד

גיסא, ולהציע שיפורים למוצרים קיימים מאידך גיסא.

המאמר דן במקומה של הביומימטיקה ככלי לתכנון מקיים המבוסס על

צורת חשיבה הנגזרת מהפתרונות המקיימים של הטבע. שילוב כלי תכנון

(, נותן מענה

LCA

ביומימטיים עם כלים אחרים, כגון ניתוח מחזור חיי מוצר )

רחב יותר לדרישות התכנון המקיים.

מבוא

בראש רשימת האתגרים של האנושות של המאה ה-12 נמצאת הדרישה

לפיתוח מקיים. משאבים ומערכות אקולוגיות נמצאים בהתדרדרות, בעוד

שהדרישה לשירותיהם גדלה. אנו עדיין תלויים בנפט, פולטים פחמן ומנצלים

אחוז נמוך מחומרי הגלם בתהליכי הייצור הראשוניים. דרוש שינוי מהותי

באופן שאנו חושבים, מתכננים, מייצרים, צורכים ומסיימים את חיי המוצרים

שלנו. התבוננות בטבע מזמנת תשובות מהותיות לשינוי הנדרש.

מערכות ביולוגיות פועלות תחת מגבלות, אך מדגימות על פי רוב פתרונות

מקיימים. כמות משאבי החומר בטבע מוגבלת וסופית. תהליכי החיים

תלויים במים ובאנרגיה שמקורה על פי רוב בשמש. מערכות ביולוגיות נתונות

להשפעת כוחות טבע כמו כוח הכבידה, חיכוך וזרימה. למרות מגבלות אלה

פועלות מערכות ביולוגיות על פי רוב מבלי לייצר אשפה או נזק בלתי הפיך

למערכת האקולוגית. להפך, הן מעשירות את סביבתן תוך כדי פעילות.

המבנים והצורות בטבע מספקים טווח נרחב של תכונות תוך שימוש מזערי

במשאבי חומר ואנרגיה. תהליכי הייצור בטבע מתקיימים בסביבת החיים,

ועל כן אינם מבוססים על חימום לטמפרטורות גבוהות, על לחצים כבדים

או על שימוש בחומרים רעילים. מערכות בטבע מאופיינות בזרימה יעילה

של חומר ואנרגיה.

הטבע הוא מקור ידע לפתרונות תכנוניים מקיימים המעשירים תפיסות וידע

קודם בקרב מהנדסים ומתכננים. במחקר שהשווה בין עקרונות לפתרון

אתגרים תכנוניים במערכות ביולוגיות וטכנולוגיות, נמצא שיש רק %21

דמיון בין פתרונות ביולוגיים וטכנולוגיים. בטכנולוגיה יש שימוש ניכר בחומר

ובאנרגיה, ואילו בטבע נעשה שימוש ניכר במבניות ובמידע לפתרון אותם

אתגריים תכנוניים. למידת הפתרונות של הטבע יכולה להיות, אפוא, מקור

לפתרונות מקיימים ויעילים במשאבי חומר ואנרגיה, בהנחה שהמתכנן אינו

מסתפק בהעתקה מצומצמת של מבנה או מודל מהטבע, אלא גם מתבונן

בצורה רחבה יותר על הקשר בין המבנה לסביבתו, וחותר לייצרו בדרך

מקיימת תוך בחינת תהליכי הייצור והחומרים הנבחרים.

החיפוש אחר פתרונות מקיימים בטבע התרחב בשנים האחרונות, ומזוהה

Biomimicry

כחלק מתחום מדעי מתפתח הנקרא ביומימטיקה )או

”

mimicry

” - חיים, ”

bio

היא ”חיקוי החיים” )”

biomimicry

משמעות המילה

” שטבע אריסטו ומשמעותה חיקוי(. ביומימטיקה

mimesis

נגזר מהמילה ”

היא תחום דעת העוסק בחיקוי מודע של הפתרונות התכנוניים של הטבע

כדי לפתור אתגרים אנושיים. לעתים מסתכם תהליך החיקוי בקבלת

(, ולפעמים יש העברה מלאה

EiRinVSiUDWiRn

השראה בלבד מפתרון טבעי )

של מודלים מהטבע עד רמת הפרמטרים. במובן הרחב, תחום הביומימטיקה

עוסק בלמידה מהטבע, מהשראה ועד העתקה. בתהליך זה, האתגר המרכזי

הוא גישור על הפער בין הביולוגיה להנדסה. כדי לתמוך בתהליך העברת

הידע בין הביולוגיה להנדסה וליצור שפה משותפת ומובנת הן לביולוגים

הן למהנדסים, פותחו שיטות תכנון ביומימטיות הנתמכות על-ידי כלים

תכנוניים שונים.

ה וינצ'י, למשל, התבונן

משחר האנושות התבונן האדם בטבע וחקר אותו. ד

עמוקות בטבע ובגוף האדם מנקודת מבט הנדסית ובניסיון למזג בסיסי ידע

הנדסיים וביולוגיים. הוא הקדיש שעות רבות ביום להתבוננות, להסתכלות,

למחקר ולשרטוט של מעופפים שונים בטבע, כמו דג מעופף, עטלף, שפירית

ואחרים, במטרה לפתח מכונה מעופפת. הוא העמיק בלימודי הזואולוגיה

והאנטומיה של התעופה הטבעית, אך לא הסתפק בהתבוננות ובאיסוף ידע,

החיפוש אחר פתרונות מקיימים בטבע התרחב

בשנים האחרונות, ומזוהה כחלק מתחום מדעי

מתפתח הנקרא ביומימטיקה. משמעות המילה היא

”חיקוי החיים”