הכוורת כמודל: מחשבה חומרית בהשראת הטבע

מהדפסת תלת-ממד ועד חכמת ידיים – מבט בין-תחומי על מערכת החיים של הדבורים, דרך עדשת החדשנות בחומרים

כמי שגדלה ועבדה במכוורת, המשושים הזהובים של חלת הדבש ריתקו אותי כבר מגיל צעיר. הדבורים, כידוע, בונות את ביתן מתאים העשויים דונג – שעווה טבעית שהן מייצרות בגופן – ובאמצעותו הן יוצרות את מבנה הכוורת המשמש לאחסון מזון, הטלה וגידול הדור הבא.

המבנה מאוד מסודר ומעורר השראה: הרוב המוחלט של התאים נבנה בדייקנות ובגודל קבוע. אבל אם מתבוננים מקרוב, רואים שהמבנה אינו נוקשה – אלא גמיש, אדפטיבי. הבנייה משתנה בהתאם לתנאים ולצרכים של הכוורת. תאים המיועדים לגידול זכרים, למשל, יהיו גדולים יותר. תאים בקצוות יהיו לעיתים קטנים יותר או חסרי סימטריה. דפנות יתעבו או ידקקו. הכול בהתאם לזמן ולמקום ולתכלית.

לפני שנים, בחופשות הסמסטר בעת לימודיי לתואר הראשון בעיצוב התעשייתי, נהגתי לעבוד במכוורת ולאט לאט התחלתי לראות את העולם המופלא של הדבורים בעיניים חדשות, דרך פרשנות עיצובית, מערכתית ותעשייתית. הבנתי שהכוורת היא מערכת שנוצרה על ידי תכנון טבעי, שמשלבת בין רפטטיביות גבוהה, היכרות מעמיקה ושימוש חסכוני בחומר, לצד גמישות תפקודית גבוהה. מערכת שמבוססת לא על תכנון מרכזי, אלא על אינטליגנציה מבוזרת – תוצאה של פעולה סינכרונית בין פרטים רבים, המגיבים לסביבה בזמן אמת. כיום, אחרי שסיימתי גם תואר שני בלימודי הסביבה, הפרשנות העמיקה והתרחבה עם מבט מערכתי-גלובלי ואקולוגי, היכרות עם מערכות אנושיות וביולוגיות שונות וידע שמקורו במחקרים מדעיים מתחומי הביולוגיה והסביבה, כלכלה ומדיניות, הנדסה, פילוסופיה, פסיכולוגיה וכמובן - חשיבה עיצובית.

חלות פלסטיק במכוורת בה עבדתי. בהמשך הכתבה גם הסבר קצר על החלות הללו ומי שפיתח אותן. קרדיט: אפרת ברק

במבט לאחור, נדמה שהדברים שלימדו אותי הדבורים והכוורת, הוא מה שאנחנו מנסים להשיג כיום בתחום החדשנות בחומרים:

פיתוח יישומים ומבנים רב-שימושיים, התאמה אופטימלית בין חומר לתכלית, ושילוב בין ידע וצרכים מקומיים ליכולת ייצור בת קיימא. במובן הזה חלת הדבש אינה מציעה רק השראה צורנית – היא תוצר של מערכת ביולוגית דינמית שמציעה כיווני מחשבה חדשים לפיתוחים מסחריים ויצירתיים כאחד. אז בואו נצלול פנימה:

הדפסת תלת מימד ביולוגית

אחד הדברים הכי מרתקים בעיני במבנה של חלת דבש הוא אופן הבנייה שלה – תהליך הדרגתי, שמתרחש בשכבות, באמצעות חומר חצי-נוזלי שמתקשה ומתייצב. קשה לא לחשוב על הדמיון להדפסת תלת-ממד. הדבורים מבצעות כבר מיליוני שנים את מה שאנחנו מצליחים לעשות בטכנולוגיה מתקדמת בעשורים האחרונים: תכנון שמתבסס על שיטתיות, התאמה לתנאים מקומיים ותגובה בזמן אמת. עדיין, היתרון המשמעותי של המערכת הביולוגית הזו, אורגניזם העל שהוא הכוורת, הוא היכולת לפעול בדיוק גבוה ובאופן חזרתי – בלי לאבד את הגמישות. שיטת הבנייה של הדבורים חסכונית בחומר, מסתגלת, ניתנת לפירוק והרכבה, ומשתנה לפי עונות, תנאים ומרחב.

הכוורת היא דוגמה למנגנון עיצובי שנשען על הבנה עמוקה של הקשר בין חומר, צורך וזמן. לא "פתרון אחד שמתאים לכולם" אלא תכנון ביולוגי, חי ודינמי שממזער פסולת, ממקסם משאבים – ומצליח להתאים את עצמו למציאות משתנה, בלי לפגוע בטבע שסביבו. יעילות חומרית, כלכלית וסביבתית – שהאנושות רק מתחילה להתקרב אליה. 

מחקר חדש של Golnar Gharooni-Fard מאוניברסיטת קולורדו בולדר בחן את האסטרטגיות בהן הדבורים משתמשות כדי לבנות חלה על פני שטח שונים. החוקרים נתנו לדבורים לבנות על משטחים שהודפסו במדפסת תלת מימד עם פני שטח משושים בקנה מידה שונה ומצאו שלוש אסטרטגיות עיקריות; הטייה, איחוד ושיכוב. הביופיזיקאית ומדענית המחשב הישראלית-אמריקאית אורית פלג היא אחת מהאחראיות על המחקר. בכתבה אודותיו היא מסבירה שהאסטרטגיות הללו מרמזות על הבנה אינטואיטיבית של הפיסיקה של תהליך הבנייה הקולקטיבי ובעיקר שהאופן בו הדבורים בונות את הכוורת הוא אדפטיבי (כלומר, בעל יכולות הסתגלות) בצורה יוצאת מן הכלל. עם זאת היא מזכירה שעדיין יש הרבה שעוד לא ידוע לאדם לגבי האופן בו הדבורים בונות את הכוורת.

תמונות המראות שתיים מתוך שלוש מאסטרגיות הבנייה של הדבורים שזוהו במחקר החדש מאוניברסיטת קולרדו בולדר.

קרדיט: Golnar Gharooni-Fard

כשראיתי את המשטחים המודפסים ששימשו במחקר הזה נזכרתי בחלת הפלסטיק שפיתח יצחק פרמן ז"ל שהיה מורה אהוב במקווה ישראל ונחשב לאחד ממייסדי ענף הדבש בישראל. מדובר על יחידה שמיוצרת בהזרקת פלסטיק, בצורת מסגרת מחוזקת שמחזיקה משטח בעל טקסטורת משושים תלת מימדית ובצבע צהוב. את החלה הזו מצפים בשעווה על מנת שתיקלט על ידי הדבורים שבתורן ימשיכו את בניית התאים בשעווה שהן מייצרות. חלת הפלסטיק החליפה את החלות הקודמות (שעדיין נפוצות במכוורות קטנות), שהיו בנויות ממסגרת עץ שעליה נמתחים חוטי מתכת שמחזיקים יריעת שעווה. חלת הפלסטיק מציעה עמידות ונוחות בעבודת המכוורת ואולי הכי מעניין מבחינת הבחירה החומרית-טכנולוגית הוא שניתן לעשות בה שימוש חוזר במשך שנים, כך שיתכן ובמקרים מסוימים היא עדיפה מבחינה סביבתית.

יצחק פרמן עם חלת הפלסטיק שפיתח, חלת הפלסטיק עם תאי דבש חתומים ומתחתם תאי אבקה. קרדיט: איתן פרמן

חלת עץ עם תאי דבש ומתחתם תאי ולד. קרדיט: מכון ולקני

בנייה ב-Mono-material מתמחזר

אם ננסה ללמוד מהאקוסיסטם החומרי של הכוורת – נגלה מערכת שלמה שמתקיימת כמעט כולה על בסיס חומר אחד: שעווה. כלומר אותו מבנה רב שימושי (מגורים, גידול צאצאים, אחסון מזון ועוד) עשוי מחומר שאינו תעשייתי, אינו תוצר של כרייה, אינו נרכש או מיובא – אלא מיוצר באופן מקומי, בגוף של הדבורים עצמן. הן אוספות את חומרי הגלם, מפרישות את השעווה, מעבדות ובונות איתה.

יתרה מכך, השעווה לא משמשת באופן חד־פעמי כמו רוב חומרי הבנייה שאנחנו משתמשים בהם. להפך: הדבורים יודעות לפרק, למחזר ולבנות איתה שוב ושוב – בהתאם לצרכים ולתנאים. אם צריך לסתום חור – תגיע שעווה. אם צריך להתרחב – תיבנה שכבה חדשה. אם יש פחות דבורים – ייסגרו חלקים בכוורת וילקח מהם החומר לשימושים אחרים, בהתאם לדרישות באותו הזמן.

אצל בני האדם סוג כזה של ידע מכונה בין השאר "חכמת ידיים" או "אינטליגנציה חומרית", ויש לו מאפיינים ופוטנציאל ייחודיים שחשוב להכיר גם היום בעידן התעשייתי-דיגיטלי-בינתי. תיארתי דוגמה לחכמה כזאת בחומר בכתבה "שיעור ראשון על חדשנות בחומרים" שפרסמתי בעבר כאן באתר, וניתן ללמוד על כך גם ממחקר הפעולה המתמשך על בתי המלאכה של קריית המלאכה בתל אביב, שתוצאותיו מוצגות בימים אלה בבית בנימיני בתערוכה הקבוצתית "אינטליגנציה חומרית" (אוצרות: יאיר ברק ושירה שובל).

יחד עם זאת, נראה שאצל הדבורים החכמה הזאת לוקחת צעד נוסף קדימה; השעווה היא חומר שמכיל בתוכו את הידע, את הבית ואת היכולת להגיב למציאות (אדפטיביות) ברמה העמוקה ביותר. זה לא ייצור סדרתי בחומר כפי שאנחנו מכירים בעולם המודרני – אלא עיצוב מתהווה (Emergent Design) שפועל כחלק ממערכת חכמה, חיה ודינמית. על שאלות אלה ואחרות ביקש לענות הפרויקט Synthetic Apiary II (מכוורת סינטתית 2) של החוקרת והמעצבת הישראלית-אמריקאית נרי אוקסמן יחד עם קבוצת Mediated Matter מ-MIT אותה הובילה בעבר. במסגרת הפרויקט הקבוצה בנתה סביבת ניסוי סגורה שמחקה תנאי אקלים טבעיים ומיועדת למחייה של דבורים. זהו פרויקט מקיף שאחת המטרות העיקריות שלו הייתה לאפשר מעקב וניתוח ממוחשב של האדריכלות של הדבורים על מנת להבין מהם המבנים שהן בונות ובאיזה אופן הן עושות זאת. אחת התצפיות המעניינות שעלו ממנו בהקשר של השעווה, הייתה שהדבורים ישתמשו גם בשעווה מעובדת או כזו שכוללת תוספים, כאשר זו זמינה (בדומה למה שהוזכר קודם בהקשר של חלות הפלסטיק). החוקרים משערים שככל הנראה הדבורים עושות זאת מכיוון שייצור השעווה דורש מהן הרבה מאוד אנרגיה וזהו תחליף חסכוני ויעיל יותר עבורן. כאן ניתן לקרוא עוד על הפרויקט ועל תפיסות העולם המרתקות שמאחוריו, וכאן ראיון מעניין עם אוקסמן מאותה התקופה, עם הסבר על הפרויקט בדקה 14:25.

מבנים של חלות דבש שנוצרו בשיתוף פעולה בין בני אדם ודבורים, היסטוגרמות של המבנה המקומר של חלת הדבש ותאים שנבנו משעווה עם תוספים. מתוך Synthetic Apiary II קרדיט: Neri Oxman and The Mediated Matter Group

שפה חומרית חדשה

בעולם בו שרשראות אספקה מתארכות, חומרי גלם אוזלים, ומערכות מתפקדות רק כשיש קבלנים או מקורות חיצוניים – מודל הכוורת מציע רעיון אחר: לפתח מערכות שמאפשרות יישום בהתאמה מקומית, המבוססות על מגוון חומרים מצומצם על מנת לאפשר גמישות, קיימות ורווחה מערכתית לאורך זמן.

הכוורת מלמדת אותנו גם על יחס אחר לחומר: כזה שמבוסס על היכרות וקרבה שמאפשרות להסתכל על החומר לא רק כאמצעי לייצור, אלא כשותף לתהליך. הדבורים מכירות את החומר שלהן באופן אינטימי – הן גדלות בתוכו, חיות איתו, עובדות איתו כל חייהן. הידע שלהן הוא חומרי, חושי, עכשווי, ומאפשר להן לבנות ולפרק, להתאים ולהשתנות, בלי להזדקק לתכנון מרוחק או להוראות הפעלה. זוהי אינטליגנציה חומרית-ביולוגית אמיתית: חכמה שנובעת מהמפגש בין גוף, חומר, הקשר וסביבה.

הבנה כזו של חומר יכולה לאפשר תהליכי חדשנות מדויקים יותר – כאלה שמבוססים על הקשבה הדדית, פיתוח הדרגתי, חיבור לתנאים מקומיים והפעלה של שיקול דעת אנושי, אקולוגי ואתי. במקום לחפש פתרונות מבחוץ, אפשר להתחיל ממה שכבר קיים – במערכת, בסביבה, באנשים. גם בפיתוח ויישום של חומרים, גם בתהליכים יצירתיים, וגם בפרויקטים שמבקשים לחבר בין קיימות, טכנולוגיה ותרבות.

---

נ.ב.

אם כבר מדברים על דבורים, תמיד מעניין אותי לראות מעצבים שמוצאים דרכים חדשות להסתכל על הכוורת עצמה ולהשתמש בתצורות וחומרים שונים. קחו לדוגמה את פרויקט הגמר של יהודה בר מהמחלקה לעיצוב תעשייתי ב-HIT, שמצא דרך מקורית להשתמש בתפטיר (Mycelium, חומר מאוד מעניין וגם בר-קיימא), לבניית כוורות שמיועדות לחקלאות עירונית. פגשתי את יהודה עוד לפני שהגיש את הפרויקט כשבאתי לייעץ לסטודנטים במחלקה והתרשמתי מאוד מהידע והרצינות שלו. לא פלא שרגע אחרי ההגשה, הפרויקט שנקרא BEE2C כבר נמצא בשלב הבא שלו.

גלריית צילומים מתוך הפרויקט BEE2C של יהודה בר