העתיד כבר כאן

פרופסור-משנה סטפן רודיך

פרופסור-משנה סטפן רודיך

החומרים האנאיזוטרופיים שייצר פרופסור-משנה רודיך, על שער גיליון  Advanced Engineering Materials 2014, 16, No. 11 באדיבות Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

החומרים האנאיזוטרופיים שייצר פרופסור-משנה רודיך, על שער גיליון
Advanced Engineering Materials 2014, 16, No. 11
באדיבות
Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

מנגנון חדש של תנועה - עיוות זעיר המחולל תנועה גדולה. המיקרו-מבנה של החומר קובע כיצד תגיב יחידת-החומר הגדולה לפעולות חיצוניות שונות, כגון לחץ  ומתיחה. כאן אנו רואים את מגוון ההתנהגויות של חומרים שונים בתגובה ללחץ

מנגנון חדש של תנועה – עיוות זעיר המחולל תנועה גדולה. המיקרו-מבנה של החומר קובע כיצד תגיב יחידת-החומר הגדולה לפעולות חיצוניות שונות, כגון לחץ ומתיחה. כאן אנו רואים את מגוון ההתנהגויות של חומרים שונים בתגובה ללחץ

טכנולוגיית ההדפסה התלת-ממדית פתחה בפני פרופסור-משנה סטפן רודיך, תיאורטיקן בהוויתו, אפשרות לבחון את המודלים התיאורטים שלו על יחידות-חומר ממשיות.

דמיינו לכם חומר שמשנה את צבעו כשמותחים אותו. תארו לכם יריעה דמוית-פלסטיק שהיא אטומה לחלוטין לרעש. תארו לכם מכשיר-הדמיה נטול קרינה, שיספק לנו תמונה תלת-ממדית של רקמה ביולוגית ברזולוציה גבוהה הרבה יותר מזו של מכשיר אולטרסאונד.

אלה כמה מהיישומים האפשריים של החומרים שמפתח פרופסור-משנה סטפן רודיך (Rudykh): חומרים מרוכבים רכים. עוד לפני הפוסט-דוקטורט הוא עסק בחומרים כאלה, אבל רק שם, ב-MIT, קרה משהו. “החשיפה למדפסות תלת-ממד מתקדמות פתחה בפנַי אפשרות לנסות טכניקות שונות למימוש הרעיונות שלי,” הוא אומר. “התלהבתי מאוד מהטכנולוגיה הזו, שמאפשרת לנו לבחון באופן ממשי את השפעתו של המיקרו-מבנה על תכונותיה של יחידת-החומר הגדולה יותר.”

את התואר הראשון והשני השלים באוניברסיטה הפוליטכנית של סנט-פטרסבורג, ואת הדוקטורט אצל פרופסור גל דה בוטון באוניברסיטת בן גוריון בנגב (2012). לאחר הדוקטורט, שכלל שהות בהארוורד ובקלטק, יצא רודיך לפוסט-דוקטורט אצל מרי בויס (Boyce) ב-MIT. בתום התקופה הוא חזר לטכניון, ובינתיים גם בויס עזבה את MIT , לטובת תפקיד דיקנית בית הספר למדעי ההנדסה באוניברסיטת קולומביה.

לטכניון הוא הגיע ביולי 2014 היישר מ-MIT. “הטכניון דומה ל-MIT, בין השאר, בתרבות המדעית שאומרת לחוקר: ‘אם יש לך רעיון – נסה אותו, תוכיח שהוא עובד!'; זה בדיוק מה שחיפשתי כאן.” הראיון עמו נערך במעבדתו החדשה בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל. על שולחנו מונחות חתיכות הפלסטיק שהדפיס על סמך המודלים התיאורטיים שפיתח. אם לדייק, אלה אינן חתיכות פלסטיק אלא פיסות מלבניות בצורת תיבה, עשויות פולימר שקוף או חצי שקוף, ולכל אחת מהן תכונות ייחודיות לה (הולכה חשמלית, גמישות/קשיחות, קשיוּת/רכּוּת וכו’).

מה שמיוחד בחומרים הללו הן שגם בתוך אותה פיסת חומר, התכונות המכניות והחשמליות משתנות ממקום למקום, ובהתאם לכיוון הלחיצה או המתיחה. כאשר לוחצים על אחת החתיכות האלה בנקודה מסוימת לא קורה דבר, אבל לחיצה בנקודה אחרת מובילה לכיפוף ולהתרוממות של שאר החומר.

חומרים מסוג זה, הקרויים חומרים אנאיזוטרופיים, מתאפיינים בכך שתכונותיהם משתנות בהתאם למיקום הפעולה וכיווּנָה. נייר ועץ הם חומרים כאלה: כשאנחנו רוצים לקרוע אותו בקו ישר, מוטב לנו לבצע את הקריעה לאורך הסיבים ולא ‘נגדם'; ואם ננסה לבקע גזע בגרזן ניתקל בתופעה דומה – חיתוך הגזע לרוחבו יהיה קשה, אבל מלמעלה למטה הגזע יתבקע בקלות יחסית.

פרופסור-משנה רודיך עוסק בחומרים מלאכותיים, אבל את ההשראה הוא מקבל מהטבע – אמנם לא מהעץ והנייר אלא מרְקמות ביולוגיות כגון קשקשי דג. בעיסוקו במחקר וביצירה של חומרים אנאיזוטרופיים מתעניין פרופסור-משנה רודיך בקשר בין המיקרו-מבנה של החומר לבין תכונותיו המאקרוסקופיות, כלומר בקשר בין המבנה החלקיקי שלו לבין תכונותיהן של יחידות חומר גדולות יותר. לְמה זה טוב? “במישור המחקרי יש כאן כלי חדש לגישור בין המיקרו-מבנה לתכונות החומר ביחידותיו הגדולות יותר – בחומרים מלאכותיים חדשים, אבל גם בחומרים מהטבע. לדוגמה, אנחנו יכולים להסיק מידע משמעותי על תכונות החומר לפי התנהגות האור בתוכו, או להבין כיצד משתנה המוליכות שלו כתוצאה מדחיסותו.

“במישור היישומי, מכיוון שאני משתמש בחומרים אלקטרו-אקטיביים (חומרים הממירים אנרגיה חשמלית באנרגיה מכנית ולהיפך), אני יכול גם לשנות את הצורה שלהם באמצעים חשמליים, או את התכונות החשמליות שלהם באמצעות לחץ ומתיחה. ככל שאנחנו מבינים טוב יותר את הקשר בין המבנה המולקולרי של החומר לבין תכונותיו ברמת המאקרו, אנחנו שולטים יותר טוב בפונקציות שאנחנו ‘מוציאים’ ממנו – אורכי גל, גמישות, זרם חשמלי וכו’. כך אנחנו יכולים, למשל, לייצר מסנן אור שיעביר רק אור בצבע מסוים, או ‘חומת קול’ שחוסמת את כל גלי הקול שנתקלים בה – משהו שהיינו רוצים לדוגמה באוזניות נגד רעש. בעצם, זהו אופק חדש למיכון רך ולרובוטיקה רכה.”

מחקריו של פרופסור-משנה רודיך כבר זכו להכרה מדעית נרחבת, בין השאר במאמר בכתב העת החשוב ביותר בפיזיקה – Physical Review Letters – ולאחרונה (בחודש נובמבר) גם ב- Advanced Engineering Materials, שהקדיש לו גם את תמונת השער. פרופסור ג’ורג’ פיטאס, ראש יחידת הפולימרים באוניברסיטת כרתים, מציין כי המחקר החדשני של בויס ורודיך מוכיח כיצד “כלים תיאורטיים מבוססים יכולים לנבא בהצלחה התנהגות של חומרים חדשים.”

פרופסור-משנה רודיך מאמין שהפיתוחים התיאורטיים שלו, והדגמים שהוא מדפיס בעקבותיהם, יובילו ליישומים משמעותייים. “סתם לדוגמה, מאחר שאנחנו יכולים ללמוד על הרכב של רקמה ביולוגית באמצעות בדיקת התנהגות האור בתוכה, נוכל לבצע הדמיה בלתי פולשנית ונטולת קרינה, שתהיה הרבה יותר מדויקת ומפורטת מטכנולוגיית האולטרסאונד הקיימת. חשוב לי לציין שהדרך עוד ארוכה, ואנו זקוקים לחוקרים נוספים שיסייעו לנו לקדם את המחקר.”