ידענים: ביומימטיקה - חיקוי הטבע

מאת 12 באוקטובר 2017 אין תגובות

צוות מחקר מאוניברסיטת פנסילבניה פיתח טכניקה להחזרה וסינון של אור בספקטרום תדרים רחב, זאת על בסיס העור הייחודי והבוהק של הדג Ribbonfish.

הדג Ribbonfish. מקור: NOAA.

הדג Ribbonfish. מקור: NOAA.

מאת: אור עמר 

העור הקורן של דגיribbonfish , מחזיר אור לאורך טווח רחב של אורכי גל ומעניק להם מראה מתכתי מבריק. החזרת האור היא תוצאה של שכבות עור מגובבות של תרכובות אורגניות גבישיות, המוטמעות בציטופלזמה של העור. לאורגניזמים מסוימים עם ברק מתכתי יש שכבות שנערמות בדפוס רגיל, בעוד שאצל אחרים וביניהם דגי ה- ribbonfish, דפוס השכבות מוגדר כ"כאוטי" או אקראי. צוות מחקר מאוניברסיטת פנסילבניה שיער שהדפוס הוא לא אקראי לחלוטין, ופיתח אלגוריתמים מתמטיים לחיקוי הדפוס.  

צוות החוקרים השתמש בגאומטריה פרקטלית לתיאור תהליך יצירת השכבות במבנה הביולוגי של הדגים. פרקטלים נקראים גם "הגאומטריה של הטבע" כיוון שהם יכולים לתאר את הדפוסים הלא רגילים אך עם זאת הדומים לעצמם, המתרחשים בעצמים טבעיים כמו ענפי עץ.

החוקרים השתמשו בפרקטל חד-מימדי הידוע כפרקטל פס קנטור שהוא למעשה קו מופרד על ידי רווחים או פערים. לרוב, פרקטלי פס קנטור נראים רגילים מאוד, אך כשמופעלים שינויים אקראיים לגאומטריה, נוצר דפוס מורכב יותר. הדפוס מדמה את יצירת השכבות מחזירות האור הנמצאות בעורם של דגי .Ribbonfish החוקרים השתמשו גם בדרך חישובית נוספת שלוקחת השראה מהטבע ונקראת "אלגוריתם גנטי" אשר מחקה אבולוציה דארווינית על מנת ליצור דורות רציפים של דפוסים פרקטליים מדפוסי האב הפרקטליים. לאחר כ 100 דורות, הדפוס מתכנס לעיצוב האידיאלי העונה לכל דרישות היעד.

תוצאת המחקר היא שיטת ייצור של דפוסים אופטיים בטווח ספקטראלי נרחב. על פי דבריו של פרופסור להנדסת חשמל, דגלאס וורנר (Douglas Werner), טכניקה כזאת עשויה להיות מיושמת בפיתוח מחזירי ומסנני אור בספקטרום תדרים רחב ליישומים שונים ובהם  – ציפוי אופטי לזכוכית, הגנה מלייזר, מערכות דימות אינפרה-אדום, מערכות תקשורת אופטיות, מערכות סולאריות ועוד.

המחקר דווח בירחון המדעי "Journal of the Royal Society Interface" ונתמך על ידי מרכז הקרן הלאומית למדע שבאוניברסיטת פנסילבניה.

מקור

הוספת תגובה

  • (will not be published)