נעלי הברדלס, מחבט השממית וחלת הדבש, קסדת הטוקן וכמובן חליפת הכריש המוחרמת. הטכנולוגיות מהטבע שספורטאים מאמצים בדרך לניצחון

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 ועוד. ככל שהזמן עובר נראה שהיכולת הגופנית 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 שהתפתחו אצל בעלי חיים וצמחים במשך מיליוני שנות אבולוציה וליישם אותם בחיי היומיום שלנו. דוגמה מפורסמת לכך הן רצועות הסקוץ' (צמדן; ולקרו בלועזית), שהומצאו בהשראת מנגנון הפצה של זרעים: קוצים מיקרוסקופיים על גבי הזרע נתפסים בקלות בפרווה או בבגדים. דוגמה אחרת היא צורתה של רכבת יפנית מהירה שמבוססת על המבנה של מקור השלדג. גם בספורט משתמשים בפטנטים כאלה, במטרה לשפר את ביצועי האתלטים, השחיינים, השחקנים ועוד. למעשה כמעט בכל ענף נמצא כיום פיתוחים יצירתיים כאלה.

נעליים

אחת התכונות שבזכותן הברדלס הוא היצור היבשתי המהיר בעולם היא השימוש בציפורניים. הברדלס רץ בציפורניים שלופות, נועץ אותן באדמה וכך משיג אחיזה טובה בקרקע ויכול לנתר קדימה. אותו עיקרון קיים כבר שנים רבות בנעלי הפקקים בכדורגל, אבל ב-2008 חברת נעליים מובילה לקחה אותו צעד מהיר אחד הלאה ופיתחה נעליים עם להבים קטנים וחדים שמעניקים לאצן אחיזת קרקע טובה יותר. הנעליים עמדו למבחן במשחקים האולימפיים של בייג'ינג 2008, כשהאצן הג'מייקני אספה פאוול זכה איתן במקום החמישי המכובד אך המאכזב בריצת 100 

ריצת 100 מטר לגברים בבייג'ינג 2008

דוגמה נוספת בתחום הריצה נולדה בספורט הנכים והולכת ומתפשטת כענף בפני עצמו: השימוש ב"רגלי קנגורו" (או נעלי קנגורו). בפשטות, מדובר בנעליים שמאפשרות לנועלים אותן לנתר באותה שיטה שבה קופץ הקנגורו.

בטבע, רגלי הקנגורו מתנהגות כמו קפיץ – מתקן שיכול לאגור הרבה מאוד אנרגיה ולנצל אותה כדי לקפוץ ולהתקדם הלאה. כשקנגורו נוחת, אנרגיית הכבידה (האנרגיה הפוטנציאלית) נאגרת במבנה הקפיץ שרגליו יוצרות כשהן מתכופפות, ובעזרתה הוא יכול לנתר שוב בלי להשקיע אנרגיה מיותרת. רגלי הקנגורו המלאכותיות פועלות באותה צורה, אבל באמצעים מכניים.

סוגיית השימוש ברגלי קנגורו עלתה במשחקי בייג'ינג, כשהאצן הנכה, וכיום אסיר מורשע ברצח חברתו, אוסקר פיסטוריוס ביקש להתחרות בעזרתן מול אצנים ללא מוגבלויות בריצה למרחק 400 מטר. השאלה עלתה לדיון ובקשתו אושרה לבסוף, אחרי שהמתנגדים לא הצליחו להוכיח שיש לו יתרון לא הוגן על אחרים. בסופו של דבר הרגליים המלאכותיות אכן לא עזרו לו והוא לא עמד בקריטריון האולימפי באותה שנה, אם כי הוא פספס אותו בפחות משנייה. כעבור ארבע שנים הוא השתתף במשחקים האולימפיים של לונדון 2012 ואף הצליח לעלות לשלב חצי הגמר.

פיסטוריוס בריצת 400 מטר לגברים במשחקי לונדון 2012:

קסדות

ענפי ספורט רבים מחייבים את העוסקים בהם להגן על ראשם. אחד מהם הוא הרכיבה על אופניים, שם גם אומץ עיצוב ייחודי, הפעם בהשראת הטוקן.

הטוקן הוא עוף בעל מקור עבה וגדול מאוד, שאורכו מגיע לשליש מאורכו המלא של העוף. לכאורה המקור העצום אמור להכביד מאוד על הטוקן, אבל האבולוציה פתרה את הבעיה הזו בהצלחה. המקור של הטוקן בנוי כמו כריך: מבחוץ הוא מכוסה בשכבה חיצונית של קרטין – אותו חומר שממנו עשויות גם הציפורניים שלנו – שמסודר במעין קשקשים זעירים שמונעים ממנו להיסדק. באמצע המקור יש מבנה אוורירי שמכיל הרבה חללים מחוזקים בפיגומים של סידן וקרטין. התוצאה היא מבנה קשיח מאוד שיכול לספוג מכה חזקה בלי להישבר. בדומה למקור הטוקן, בקסדה יש רפידות גומי עם חללי אוויר שמאפשרים הגנה מבלי להוסיף משקל מיותר.


טוקן | צילום: ראול הרננדז גונזלס, ויקיפדיה

יש גם דוגמאות נוספות, כגון פיתוח של התקנים בולמי זעזועים המבוססים על המנגנון שבאמצעותו הנקר מגן על מוחו, או קסדה חדשנית שמבוססת על מבנה הראש האנושי עצמו. הקסדה הזו בנויה ממש כגולגולת מצופה עור, ועל ידי כך מאפשרת גמישות רבה. כאשר הרוכב נופל על הקרקע, השכבה דמויות העור מחליקה וסופגת חלק מהתנועה. בכך היא סופגת חלק מעוצמת המכה ומונעת סיבוב מוגזם של הראש ופגיעות ראש קשות.

מבנה של כדורגל

הכדור של משחק הכדורגל כפי שאנחנו מכירים אותו התחיל לצבור פופולריות בשנות ה-60. הוא עוצב בתבנית שמשלבת מחומשים ומשושים, כדי לחסוך בחומר – וגם כאן האדם לא המציא שום דבר חדש. המבנה הזה נקרא כדור גיאודזי והוא הדרך היעילה ביותר לכלוא מרחב, כלומר להקיף כמה שיותר נפח עם כמה שפחות שטח פנים ולחסוך בחומר. גם חלקו החיצוני של שריון הצב בנוי על עיקרון דומה, ומורכב ממשושים וממחומשים.

מחבט טניס

לפני כמה שנים פותח מחבט טניס חדש שמבוסס על לא פחות משלוש טכנולוגיות ביומימיקרי שונות, הכוללות חיקוי של רגלי השממית (Gecko), עור הכריש וחלת דבש של דבורים.

ידית המחבט משתמשת בטכנולוגיית Gecko – המבוססת על המנגנון שמאפשר לשממיות להיתלות במאונך על קירות בעזרת סיבים מיקרוסקופיים היוצרים קשרים כימיים בין כפות רגליהן לקיר. כפות הרגליים שלהן מסוגלות, להלכה, לשאת משקל של יותר ממאה קילוגרם. יצרני מחבט הטניס אימצו את אותה טכנולוגיה כדי לאפשר לשחקנים לאחוז היטב במחבט בלי שיחליק.

בנוסף, המבנה של מסגרת המחבט מבוסס על טכנולוגיית "עור כריש", שנולדה כחיקוי של מבנה העור של הטורף הימי. היא מאפשרת חיכוך מזערי עם האוויר, ומקטינה את המאמץ המופעל בעת המכה. ולבסוף, רשת המחבט עשויה מסיבי פחמן שבנויים בצורת משושים, בהשראת חלת הדבש שיוצרות הדבורים. לרשת יש מבנה קל ויציב שכולא בה אוויר, עם קורות תמיכה פחמניים בדומה למקור הטוקן.

בגדים

במשחקי בייג'ינג 2008 הוקדשה תשומת לב רבה לחליפות השחייה שלבשו רוב השחיינים המובילים, כולל השחיין האמריקאי מייקל פלפס. היה זה בגד ים צמוד לעור וארוך, בעל מרקם מוזר. בבדיקה מקרוב נגלה שעל החליפה יש מבנים זעירים דמויי קשקשים חופפים חלקית, באותה טכנולוגיית עור הכריש המשמשת במחבטי הטניס. המבנים האלה מאפשרים למים לזרום בצורה חלקה יותר סביב השחיין ומפחיתים משמעותית את המערבולות ואת הזרמים של מים אטיים יותר סביבו. בזכות החליפת החדשנית הצליח פלפס לשבור שבעה שיאי עולם ושיא אולימפי אחד. בסך הכל נקבעו בבריכה האולימפית באותם משחקים 25 שיאי עולם חדשים, בסיוע חליפת הכריש.

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

ולבסוף, אחת הבעיות שמטרידות במיוחד ספורטאים, בעיקר בתחומים שכוללים הרבה ריצה, היא ההזעה. כתוצאה ממנה בגדיהם נרטבים ונדבקים לגוף וגם ההרגשה לא נעימה. בשנים האחרונות נעשו הרבה מאמצים לפתח בדים שיאפשרו אוורור טוב יותר ונידוף יעיל יותר של הזיעה. אחד הפתרונות המעניינים שנמצאו מבוסס דווקא על האצטרובל – הפרי של עץ האורן.

קשקשי האצטרובל נפתחים ונסגרים בהשפעת הלחות. כשהוא נרטב הקשקשים שלו נסגרים כדי להגן על הזרעים, וכשהוא מתייבש או נשרף הם נפתחים והזרעים מתפזרים על הקרקע בציפייה לגשם הבא. בד חדש שפותח עושה שימוש ברעיון הזה. משולבים בו פתחים זעירים שרגישים ללחות, אבל במנגנון הפוך – כשהבגד רטוב הם נפתחים ומאפשרים 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 טובים יותר, בעזרת עקרונות יעילים שלא בטוח שמהנדסים אנושיים היו מצליחים לפתח לבד.

ייעוץ מדעי: ד"ר מיכל טופז.