ניו-טק מגזין | ספטמבר 2026 | המהדורה הדיגיטלית

מהאצטרובל למדפסת: השיטה שמתרגמת מנגנונים מהטבע לחומרים פעילים

מערכת ניו-טק מגזין גרופ »

הבעיות בתכן ביומימטי מסורתי: אפשר לזהות אנלוגיה מעניינת בין הטבע למערכת הנדסית, אך אין בהכרח דרך סדורה לבדוק שהקשרים בין כל רמות המבנה נשמרו. החוקרים השתמשו לשם כך בתורת הקטגוריות, תחום מתמטי שעוסק פחות בתכונותיו של רכיב יחיד ויותר ביחסים ובמיפויים בין מערכות. במסגרת שפיתחו, כל רמה מתוארת כמערכת דינמית הכוללת מצב פנימי, גירוי חיצוני וחוק הקובע כיצד המצב משתנה. המיפויים בין הרמות צריכים לשמר את ההתנהגות הזו. אין צורך להבין את כל הפורמליזם המתמטי כדי לראות את המשמעות ההנדסית. במקום לבנות מודל נפרד לכל מבנה חדש, החוקרים מנסים ליצור ספרייה של רכיבים ומעברים שכבר נבדקו. אם ידוע כיצד חומר מסוים מגיב לחום, וכיצד סידור מסוים של שכבות ממיר הפרש מעוותים לפיתול, ניתן לשלב את שני החלקים בלי לפתח מחדש את השרשרת כולה. מהביולוגיה אל סיבי ההדפסה המקבילה המלאכותית לאצטרובל נבנתה רב־חומרית. בתהליך FFF באמצעות הדפסת כזה, הכיוון שבו מונחים סיבי החומר משפיע על התגובה המכנית של החלק. שינוי בחומר, בזווית ההדפסה או בסידור השכבות יכול לגרום

הזה באמצעות מסגרת מתמטית המחברת בין המנגנון הביולוגי, המודל המכני ומפרט הייצור. Lee Marom המסגרת מתוארת במאמר מאת , Markus ו־ Skylar Tibbits , Gioele Zardini . היא יושמה במערכת תכנון פרמטרית Buehler ששימש להדפסת ארבעה G - code והפיקה קוד סוגים של מפעילים דו־שכבתיים. המטרה אינה להעתיק את האצטרובל כחפץ, אלא לתרגם את ההיגיון המכני שלו למערכת אחרת. חמש רמות של תנועה פעולת האצטרובל מתוארת במחקר כהיררכיה של חמש רמות. ברמת הסיב, ספיגת לחות גורמת להתפשטות שאינה אחידה בכל הכיוונים. ברמת הלמינה, קבוצה של סיבים בעלי כיוון משותף יוצרת שכבה בעלת תגובה מכנית מוגדרת. כמה שכבות בעלות כיווני סיבים שונים מרכיבות רקמה שבה נוצר הפרש מעוותים. הפרש זה הופך ברמת האלמנט לעקמומיות. ברמת האיבר השלם, העקמומיות של כל קשקש והאופן שבו הוא מחובר לליבת האצטרובל קובעים את זווית הפתיחה. כל שלב תלוי בקודמו. אם התרגום מהתפשטות הסיבים להתנהגות השכבה אינו נכון, גם חישוב הכיפוף של הרכיב השלם לא יהיה נכון. זו אחת

פיתחו מסגרת מתמטית MIT חוקרי שמפרקת את פעולתם של חומרים ביולוגיים לרמות מבניות, מתרגמת אותן למערכת הנדסית ומפיקה ממנה קוד להדפסת תלת־ממד. בניסוי ראשוני יוצרו ארבעה מפעילים המגיבים ללחות או לחום באמצעות כיפוף ופיתול צטרובל אינו זקוק למנוע, לחיישן או א לבקר כדי להגיב לשינוי במזג האוויר. כשהאוויר יבש, הקשקשים שלו נפתחים ומאפשרים לזרעים להתפזר. בתנאים לחים הם נסגרים. התנועה נוצרת מתוך המבנה עצמו, החל מהאופן שבו סיבי התאית סופגים לחות ועד לסידורם בשכבות המרכיבות כל קשקש. מנגנונים כאלה משמשים זה שנים מקור השראה לחומרים פעילים ולמבנים מודפסים שמשנים צורה. הקושי מתחיל בניסיון לעבור מהתבוננות בטבע לתכן הנדסי שניתן לחשב, לייצר ולאמת. חיקוי הצורה החיצונית של אצטרובל אינו מבטיח שהמבנה המלאכותי יתנהג כמוהו. גם זיהוי של חומר המתנפח במגע עם מים אינו מסביר כיצד ההתפשטות המקומית הופכת לתנועה של רכיב שלם. קבוצת חוקרים מהמכון הטכנולוגי של , מציעה להתמודד עם הפער MIT מסצ'וסטס,

New-Tech Magazine l 52