חוקרי הביומימטיקה מצאו בטבע מאגר אדיר של פטנטים

הרעיון שמאחורי פרויקט עדן בבריטניה היה אתגר שאפתני אפילו לפני שהגיעו לשאלת הביצוע: מרכז מבקרים עצום שגולת הכותרת שלו היא כמה כיפות שקופות, שבתוכן מתקיימים ג'ונגלים טרופיים וחורשות ים תיכוניות, שמבודדים לחלוטין מהאקלים בחוץ. הכיפות הגבוהות מאוד, החזקות למדי והחדירות לאור אפילו לא היו החלק הקשה בתכנון המבנה המורכב; האתגר האמיתי נבע מהעובדה שהאתר עמד להיבנות על מחצבה לשעבר, ועד שהוא יגיע לשלב הבנייה אי-אפשר היה לדעת בדיוק איך ייראו פני הקרקע. האדריכל שהיה אמון על תכנון האתר, ניקולאס גרימשואו, מצא את הפתרון במקום בלתי-צפוי: בועות סבון.

גרימשואו וצוותו התבוננו במשך חודשים בצורתן של בועות סבון שנוצרות על משטחים, וראו כיצד הן שומרות על יציבות בלי קשר לצורת המשטח, לחומר שממנו הוא עשוי ולמרקם שלו; בחינת מולקולות פחמן סייעה להם להחליט על הפתרון הטוב ביותר לבניית השלד של הכיפות; ובמקום זכוכית הם השתמשו בחומר בשם ETFE, מעין פולימר חזק ועמיד מאוד, שאת השכבות שלו הם איחדו לפי מודל של קרומים שנמצאים בטבע.

"ניפחנו אותו ויצרנו מעין כריות שקופות", משחזר מייקל פאולין, אדריכל שעבד בצוות של גרימשואו. "זה אפשר לנו ליצור משטחים גדולים פי שבעה מאלה שיכולנו ליצור עם זכוכית, בעוד שהוא שקל 1% בלבד ממשקלה של זכוכית בגודל הזה. בנוסף, גודל היריעות הזה אפשר לנו להשתמש בהרבה פחות פלדה כדי ליצור את השלד הפנימי של הכיפות, מה שאפשר ליותר שמש להיכנס לכיפות, חסך הוצאות חימום, וכמובן הוזיל את עלויות הבנייה".

פרויקט עדן הוא דוגמה מייצגת מאוד, אם כי בהחלט לא היחידה, לחיקוי עיצובים, חומרים, פעולות והתנהגויות בטבע כדי ליישמן בתחומי ההנדסה, בניית החומרים, הרפואה, הארכיטקטורה והרובוטיקה. זהו מדע חדש יחסית, שקיבל את השם ביומימטיקה (ביו - חיים; מימטיקה - חיקוי). פאולין, שרבים מהפרויקטים שבהם הוא עוסק קיבלו את השראתם מהעולם הטבעי, מציע להסתכל על הטבע כקטלוג מוצרים שעברו תקופת מחקר ופיתוח של 3.8 מיליארד שנים.

בחודש הבא אפשר יהיה להתרשם מהפיתוחים החמים ביותר בתחום מפיה של אחת החוקרות המובילות בתחום, פרופ' ג'ואנה אייזנברג מאוניברסיטת הרווארד, שתרצה בכנס "ננו-ישראל 2014" שייערך בתל אביב זו השנה הרביעית. "במהלך האבולוציה הטבע פיתח אסטרטגיות שהביאו ליצירת חומרים ומבנים מאוד מורכבים, שגם למדו להשתנות, להגיב ולהתאים עצמם לסביבה", הסבירה את הרציונל בהרצאה בכנס TED. "הטבע פיתח אין-ספור פטנטים נהדרים שלא מוגנים בזכויות יוצרים. כל מה שצריך זה לבוא ולקחת אותם".

קעקועים על פרפרים

במעבדות של אייזנברג עוסקים כיום בפיתוח ננו-מבנים ומערכות ביו-אופטיות בהשראת בעלי חיים נקבוביים רב-תאיים שוכני מים. או בעברית: הם לומדים מתמנונים ומספוגי ים איך לעשות חלונות. ולא סתם חלונות, אלא חלונות חיים: אייזנברג פיתחה, למשל, חומר ציפוי לחלונות שמתאים עצמו לתנאי התאורה ומגיב לטמפרטורות החיצוניות - כך שהחלון בעצם מקרר את עצמו. פיתוח נוסף שלה ושל צוותה בהרווארד הוא חלון שמנקה את עצמו - המבוסס על מבנה החומר שממנו עשויה הריקמה של צמחים טורפים, הנחשבת לחלקה ביותר בטבע, ושבאמצעות חלקלקותה גורמת לחרקים שהיא מפתה ליפול לתוכה. רק תחשבו על כל האפשרויות הגלומות בזה, מקירור מבנים ועד שיפור באיכות החיים למרכיבי משקפיים.

בשנה שעברה זכתה אייזנברג בפרס ה-R&D 100 עבור פיתוח שבבי ננו זולים, המסוגלים לזהות נוזלים לא מוכרים. הטכנולוגיה החדשנית, המכונה W-Ink (Watermark Ink), יכולה לשמש לאפליקציות צרכניות כמו בדיקות רמות אתנול בדלק או זיהוי של נוזלים זרים או רעלנים בכל נוזל אחר. ההשראה למוצר הזה הגיעה ממנגנון שקיים בציפויים המצויים על כנפי פרפרים ועל משטחים של צדפות, שיוצר את דוגמאות הצבע שעליהן. אייזנברג כתבה אותיות על כנפיהם של פרפרים, באופן שלא ניתן להבחין בהן אלא בתנאים מסוימים. רק כשהפרפר מקורר לטמפרטורה מסוימת, או נחשף לאור מסוים מאוד, יכול האדם לראות את האותיות שנצבעו על כנפיו. "זה ממש נחמד לקעקע פרפרים", היא אומרת, "אבל הנה לכם עוד אפליקציה - הצפנה ביולוגית על משטחים, שנחשפת על-פי הנוזל או האור או הטמפרטורה".

לא צריך להרחיק להרווארד כדי להיחשף לפיתוחי ביומימטיקה בעלי השלכות מסחריות יוצאות דופן. מחקר ישראלי במנגנונים שמאפשרים לעכבישים לייצר קורים זכה לפרסום רב בעולם כולו. כך זה עובד, על קצה המזלג: נקבוביות על גופם של עכבישים מייצרות שישה סוגים שונים של קורים שנארגים יחד לאריג החזק ביותר בטבע - חזק בהרבה מכל אריג שהאדם הצליח ליצור עד כה. מדענים אמנם הצליחו לפתח ולייצר אריגים סינתטיים חזקים להפליא, אולם ייצורם כרוך בטמפרטורה גבוהה מאוד, בלחץ גבוה מאוד ובפליטת כמויות אדירות של זיהום סביבתי. להבדיל, האנרגיה הדרושה לעכביש כדי לייצר את קוריו מגיעה משלושה מקורות טבעיים: אור השמש, המים שהוא שותה והזבובים המתים שהוא מנשנש.

לפני כשלוש שנים הצליחה החוקרת סיגל מאירוביץ' ממעבדות מכון סמית בפקולטה לחקלאות באוניברסיטה העברית לפענח את הגן המקודד את חלבון העכביש שמייצר קורים חזקים פי חמישה מפלדה, ושמסוגלים להימתח ב-40% יותר מפלדה. כל זה טוב ויפה, אולם כיוון שלא ניתן לגרום לעכבישים לחיות יחד ולייצר כמויות אדירות של קורים לטובת האדם, נמצא פתרון אחר: החלבון העכבישי הוחדר לצמח הטבק שמגדל את הקורים. "החזון הוא להקים חממות של צמחי טבק. לקצור ולהפיק את החלבון בכמויות שיאפשרו ליצור משי עכביש סינתטי", סיפרה מאירוביץ' לפני כשנה לכתבת מגזין G, צאלה קוטלר.

פרופ' עודד שוסיוב, שחתום על לא מעט המצאות בתחומים אלה והיה שותף למחקר, אומר כי אילו היינו יכולים למתוח באוויר חבל שעוביו הוא לא יותר מאשר עיפרון, והוא היה עשוי כולו ממשי העכביש, אותו חבל היה יכול לעצור מטוס ג'מבו במעופו.

חברת הכימיקלים דופונט החלה להתעניין באפליקציות המסחריות של קורי העכביש עוד בשנות ה-70, אולם על-פי שוסיוב עשויות ההתפתחויות החדשות במחקר לאפשר למדענים לקחת את הקורים החזקים הללו ולרתום אותם לצרכים שנשמעים כאילו נלקחו מתחום המדע הבדיוני: למשל, הרעיון הוותיק יחסית של בניית מעלית לתחנת חלל שמרחפת מעל כדור הארץ עשוי לצאת לפועל תוך שימוש בקור עכביש ככבל של אותה מעלית. כפי שזה נראה כיום, לא מן הנמנע שלפני שיימתחו קורי עכביש אל תחנות חלל החגות מעל כדור הארץ, ישמשו קורי עכביש שגודלו באמצעות צמח הטבק ליצירת קורים חזקים שייצרו בגדים בלתי קריעים, יתמכו בגשרים או יגררו אוניות.

*** הידיעה המלאה - במוסף G של "גלובס"