הספורט כפי שאנחנו מכירים אותו משתנה. בעוד שבעבר הדרישות הגופניות מספורטאים בענפים שונים היו דומות, במשך השנים הן השתנו ויצרו התמחויות, כגון כדורסלנים גבוהים, שחיינים בעלי כפות ידיים רחבות וכו'. ככל שהזמן עובר נראה שהיכולת שלנו לשפר את הביצועים פוחתת וכדי להמשיך להשתפר נצטרך לנצל את היכולות של בעלי חיים אחרים.

במדע התפתח בשנים האחרונות תחום בשם ביומימיקרי, ששואף להבין את הפתרונות היצירתיים שפיתחו בעלי חיים וצמחים במשך מיליוני שנות אבולוציה וליישם אותם בחיי היומיום שלנו. דוגמה מפורסמת לכך הן רצועות הסקוץ' (צמדן; ולקרו בלועזית), שמבוסס על מנגנון ההפצה של קוצים. דוגמה אחרת היא צורתה של הרכבת היפנית המהירה שמבוססת על המבנה של מקור השלדג.

גם בענפי הספורט השונים משתמשים ב"פטנטים" כאלה, באמצעותם משפרים את ביצועי הספורטאים בענפי הספורט השונים.

נעליים
אחת התכונות שבזכותן הברדלס הוא היצור היבשתי המהיר בעולם היא תנועת כפות הרגליים שלו. הברדלס רץ בציפורניים שלופות, נועץ אותן באדמה וכך משיג אחיזה טובה יותר בקרקע ויכול לנתר קדימה. אותו עקרון קיים כבר שנים רבות בנעלי הפקקים בכדורגל, אבל ב-2008 חברת נעליים מובילה לקחה את זה צעד אחד הלאה ופיתחה נעליים עם להבים קטנים וחדים שמעניקים לאצן אחיזת קרקע יותר טובה. הנעליים עמדו למבחן באולימפיאדת בייג'ין 2008 כשהאצן הג'מייקני אספה פאוול זכה בריצת 100 מטרים על מסלול רטוב כשהוא נועל אותן.
 

מירוץ 100 מטרים באולימפיאדת בייג'ין 2008

 

דוגמה נוספת בתחום הריצה נולדה בספורט הנכים והולכת ומתפשטת כענף בפני עצמו: השימוש ברגלי קנגורו (או נעלי קנגורו). בפשטות, מדובר בנעליים שמאפשרות לנו לנתר באותה שיטה שבה מנתר הקנגורו.

בטבע, רגלי הקנגורו מתנהגות כמו קפיץ – מתקן שיכול לאגור הרבה מאוד אנרגיה ולנצל אותה בשביל לקפוץ ולהתקדם הלאה. כשהוא נוחת, אנרגיית הכבידה נאגרת במבנה הקפיץ שרגליו יוצרות כשהן מתכופפות והוא יכול לנתר שוב בהשקעה של פחות אנרגיה. רגלי הקנגורו המלאכותיות פועלות באותה צורה, אבל באמצעים מכניים.

סוגיית השימוש ברגלי קנגורו עלתה באולימפיאדת בייג'ן כשהאצן הנכה אוסקר פיסטוריוס ביקש להתחרות בעזרתן מול אצנים ללא מוגבלויות. השאלה עלתה לדיון ובקשתו אושרה לבסוף אחרי שלא הצליחו להוכיח שיש לו יתרון לא הוגן על אחרים. בסופו של דבר הרגליים המלאכותיות אכן לא עזרו לו והוא לא עמד בקריטריון האולימפי באותה השנה. באותה טכנולוגיה משתמשים כיום גם ספורטאים ללא מוגבלויות והיא מאפשרת להם לנתר לגובה של שני מטרים ולמרחק של שלושה מטרים בכל צעד בעת ריצה, ואפילו שורפת פי שלושה יותר שומן.
 

מירוץ 100 מטרים באולימפידת הנכים בלונדון 2012

 

קסדות
ענפי ספורט רבים מחייבים את העוסקים בהם להגן על הראש. אחד מהם הוא הרכיבה על אופניים, וגם כאן אומץ פתרון מעניין הפעם בהשראת הטוקן.

טוקן הוא עוף בעל מקור גדול מאוד ועבה שאורכו מגיע לשליש מאורכו המלא של העוף, נשמע די כבד, לא? אבל לא. המקור של הטוקן בנוי כמו סנדוויץ': מבחוץ הוא מכוסה בשכבה חיצונית של קרטין (כמו הציפורניים שלנו) שמסודרים בצורה של קשקשים זעירים כדי למנוע ממנו להיסדק. באמצע יש בו מבנה אוורירי שמכיל הרבה חללים מחוזקים בפיגומים של סידן וקרטין. התוצאה היא מבנה קשיח מאוד וגם גמיש מאוד, שיכול להתקפל בצורה די מרשימה


טוקן | צילום: ראול הרננדז גונזלס, ויקיפדיה

באוניברסיטת סן דייגו מפתחים בימים אלה קסדות אופנוענים, ואולי בעתיד אפילו שלדות של מטוסים, שמבוססות על אותו עיקרון. ויש גם דוגמאות נוספות, כגון פיתוח של התקנים בולמי זעזועים המבוססים על המנגנון שבאמצעותו הנקר מגן על מוחו.

דוגמה נוספת לקסדה חדשנית היא זו שמבוססת על המבנה של הראש שלנו, האנושי,שבנוי כגולגולת מצופה עור. קסדה כזאת מאפשרת גמישות רבה והגדלת החיכוך של הקסדה בעת המכה עם הקרקע, וכך מונעת סיבוב מוגזם של הראש ופגיעות ראש קשות בעת תאונה.

מבנה של כדורגל
הכדור של משחק הכדורגל עוצב בשנות ה-50 בצורה חדשנית ממחומשים ומשושים, בשביל לחסוך בחומר – וגם כאן האדם לא המציא שום דבר חדש. המבנה הזה נקרא כדור גיאודזי והוא הדרך היעילה ביותר לכלוא מרחב, כלומר לכלול כמה שיותר נפח עם כמה שפחות שטח פנים ולחסוך בחומר. גם שריון בצב בנוי על עיקרון דומה ומורכב ממשושים ומחומשים.

מחבט טניס
לפני כמה מספר שנים פותח מחבט טניס שמבוסס על לא פחות משלוש טכנולוגיות ביומימיקרי שונות המבוססות על רגלי השממית, עור הכריש וחלת הדבש של הדבורים.

ידית המחבט מבוססת על טכנולוגית גקו – המנגנון שמאפשר לשממיות להיתלות במאונך על קירות בעזרת סיבים מיקרוסקופיים שמאפשרים להן ליצור ואקום בין כפות הרגליים לקיר. כפות הרגליים שלהן מסוגלות, להלכה, לשאת משקל של יותר ממאה ק"ג. יצרני מחבט הטניס אימצו את אותה טכנולוגיה כדי לאפשר לשחקנים לאחוז היטב במחבט בלי שיחליק.

בנוסף, המבנה של מסגרת המחבט מבוססת על טכנולוגיית Shark skin שנולדה כחיקוי של מבנה העור של הכריש. היא מאפשרת חיכוך מינימלי עם האוויר ומקטינה את המאמץ המופעל בעת המכה. ארחיב עליה בהמשך. ולבסוף, המחבט עצמו עשוי מסיבי פחמן שבנויים בצורת משושים בהשראת חלת הדבש שיוצרות הדבורים. זה מבנה קל ויציב מאוד שמכיל בעיקר אוויר, עם קורות תמיכה פחמניים – בדומה למקור הטוקן.

בגדים
באולימפיאדת בייג'ין 2008 הוקדשה תשומת הלב רבה לבגד הים של השחיין האמריקאי מייקל פלפס – בגד ים ארוך עם מרקם מוזר. בדיקה מדוקדקת העלתה שבבגד הים יש מבנים זעירים דמויי קשקשים חופפים חלקית, בטכנולוגיית עור הכריש שהזכרתי קודם, שמאפשרים למים לזרום סביבו בצורה חלקה יותר ומפחיתים משמעותית את המערבולות ואת הזרמים של מים אטיים יותר. בזכות זה הצליח פלפס להחליק במים ביותר קלות בדרך לניצחון.

שנים ספורות לאחר מכן הטכנולוגיה הזאת נפסלה לשימוש של שחיינים משום שהוחלט שהיא מעניקה למשתמשים בה יתרון בלתי הוגן. כיום משתמשים בה לציפוי גופן של ספינות כדי להקטין את החיכוך עם המים, וכך לצמצם את צריכת הדלק ואת כמות האצות שנדבקות לדופן.

אחת הבעיות שספורטאים נתקלים בה הכי הרבה, ובמיוחד במקצועות שכוללים הרבה ריצה, היא ההזעה. הבגדים נרטבים ונדבקים לגוף וגם ההרגשה לא נעימה. בשנים האחרונות נעשו הרבה מאמצים לפתח בדים שיאפשרו איוורור טוב יותר ונידוף יעיל יותר של הזיעה. אחד הפתרונות המעניינים שנמצאו מבוסס דווקא על האצטרובל – הפרי של עץ האורן.

מבנה האצטרובל מושפע מלחות. כשהוא נרטב הקשקשים שלו נסגרים בשביל להגן על הזרעים, וכשהוא מתייבש או נשרף הם נפתחים והזרעים מתפזרים על הקרקע לחכות לגשם הבא. בד חדש שפותח עושה שימוש ברעיון הזה. משולבים בו פתחים זעירים שרגישים ללחות, אבל במנגנון הפוך – כשהבגד רטוב הם נפתחים ומאפשרים לאוויר לעבור לזיעה להתנדף, וכשהוא יבש הם נסגרים. כדי להגן על הספורטאי מהגשם הבגד מכוסה מבחוץ בשכבה עמידה למים.

ראינו אם כך שגם בספורט מאמצים עקרונות הנדסיים שהתפתחו בעולם החי והצומח. יחד איתם אפשר להגיע להישגים גבוהים יותר, בעזרת עקרונות יעילים שלא בטוח שמהנדסים אנושיים היו מצליחים לפתח לבד.

תודה למיכל טופז מהספארי ברמת גן על העזרה בתחקיר.

ד"ר ארז גרטי
מכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע


הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

אתר דוידסון אונליין עוסק במתן מידע מדעי בלבד ואין לראות בכתוב בו תחליף לייעוץ רפואי או תזונתי. אין לצטט חלקים מכתבה זו, אלא רק את הכתבה בשלמותה.

2 תגובות

  • רפי תשובה

    זרימה סביב עור כריש

    יש לכם במקרה איזה סרטון או אנימציה שמסבירים למה החיכוך של זורם סביב עור כריש נמוך יותר?
    או אפילו הסבר מילולי, אם זה יהיה ברור...
    תודה רבה!
    אגב, התחום של ביומימיקרי מרתק. יש כאן עוד הרצאה של פרופ' ג'ף קארפ בנושא:
    https://www.youtube.com/watch?v=AshPR7OsZA0

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןביאנה

    סרטון על זרימה סביב עור כריש

    <p>
    רפי שלום,</p>
    <p>
    הנה סרטון מעניין שמצאתי מחיפוש קצר ביו-טיוב, עם הסבר מפורט מאוד:</p>
    <p>
    <a href="https://www.youtube.com/watch?v=9nxRO1EhmmM" target="_blank">https://www.youtube.com/watch?v=9nxRO1EhmmM</a></p>
    <p>
    </p>
    <p>
    צפייה נעימה,</p>
    <p>
    ביאנה</p>