סיקור מקיף

חומרים חכמים בהשראת הטבע

הטבע יכול לשמש כמקור השראה לטכנולוגיה חכמה וחדשנית.

דוגמא לביומימיטיקה: חוקרים חיקו את מערך הסדקים שחשפו בצדפת הפנינים כדי ליצור זכוכית החזקה פי 200 מזכוכית רגילה. צילום: Didier Descouens / Wikimedia.
דוגמא לחיקוי הטבע: חוקרים חיקו את מערך הסדקים שחשפו בצדפת הפנינים כדי ליצור זכוכית החזקה פי 200 מזכוכית רגילה. צילום: Didier Descouens / Wikimedia.

מאת: יעל הלפמן כהן

הטבע הוא מקור ידע והשראה לחומרים חכמים, חדשנים, וסביבתיים. אורגניזמים מייצרים את הרקמות שלהם בתנאי הסביבה, באמצעות שימוש בחומרים ובאנרגיה מקומית. לחומרים אלה מגוון תפקודים, שעולים לעיתים בביצועיהם על תפקודם של חומרים סינתטיים מלאכותיים. היתרון הביולוגי מושג לרוב ע"י טקסטורות ברמת הננו וע"י שימוש באלמנטים ובסידור אטומי ייחודי.

דוגמא אחת היא חומרים המונעים התפתחות סדקים. לצדפת הפנינים יש יכולת יוצאת מהכלל לדחיית סדקים, למרות שהיא מורכבת בעיקר מגיר. חוקרים מאוניברסיטת McGill שבקנדה, זיהו מערכת של מיקרו-סדקים בין לוחיות שבירות של סידן פחמתי, המלאים בפולימר דביק, המונעים – להערכת החוקרים – התפתחות סדקים גדולים יותר ע"י הסטה ופיזור של עומסים. החוקרים חיקו את מערך הסדקים שחשפו בצדפת הפנינים. הם יצרו מערך תלת ממדי של סדקים מיקרוסקופיים בזכוכית ומילאו אותם בפוליאוריטן. זכוכית זו חזקה פי 200 מזכוכית רגילה. הזכוכית החרוצה מתעוותת לנוכח עומסים מבלי להישבר, ולכן היא אידיאלית לחלונות, לציוד אלקטרוני ולכלי זכוכית. הצוות מאמין כי אסטרטגיה דומה ניתן ליישם בחומרים שבירים נוספים כמו קרמיקה. בשלב הבא מעוניינים החוקרים לבדוק האם גם מיקרו-סדקים ללא מילוי יעצרו את התפתחות הסדקים (למרות שבמודל הטבעי בצדפה המיקרו-סדקים מלאים). אם יתברר שנוכחות מיקרו-סדקים בלבד ללא מילוי מספקת לעצירת הסדקים, ניתן יהיה למנוע את שילובו של הפוליוריטאן המזוהה כחומר מסרטן (קרצינוגני), ולכן יש עדיפות להוצאתו מהזכוכית.

דוגמא אחרת היא חומרים חלקים במיוחד, הדוחים נוזלים והתפתחות ביופילם. צמח הכדנית בעל צורת הכד חלק במיוחד. אפשר לשער כי תכונה זו מסייעת לו ללכוד את החרקים מהם הוא ניזון (זהו צמח טורף). הצמח נחקר ע"י מהנדסים במכון Wyssשבאוניברסיטת הארוורד. לשטח הפנים החלק של הכדנית אחראים קיפולים מיקרוסקופיים המחזיקים מים, ומייצרים שכבה דקה של מים על המשטח. החוקרים אימצו את הרעיון, ויצרו משטח עם מיקרו חרירים, המחזיקים נוזל סיכה. המשטח כה חלק שאפילו שמן גס ואספלט נוזלי מתגלגלים עליו. בניגוד למשטחים הידרופוביים אחרים, משטח זה יכול לרפא את עצמו, מכיוון שנוזל הסיכה ממלא שריטות כאשר הן מתרחשות. אסטרטגיית החרירים המחזיקים נוזל ניתנת ליישום במשטחים נוספים, ויש להם פוטנציאל ליישומים נוספים כמו נוגדי אלח בקטריאלי, נוגדי קרח, הרחקת כימיקלים ונוזלים, מניעת קורוזיה, והרחקת מזיקים וקרציות. הטכנולוגיה ממוסחרת כיום  ע"י (Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces) SLIPS Technologies.

3 תגובות

  1. – כל מסגר יודע כי כדי לעצור התפשטות סדק קודחים בקצהו חור…
    – צמח הכדנית משמש כמאכל (טעים) כאשר הוא ממולא באורז ובשר…

  2. יעל הלפמן, אני חושב שכאשר משתמשים בכתבה במושגים שאף קורא כמעט לא מכיר אותם כמו "ביופילם" ראוי להסביר בכמה מילים על מה מדובר ולא לצפות שהקורא ילך באמצע הקריאה לחפש בגוגל או ויקיפדיה למה התכוונת.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן