איזה קול יש לטיפת מים?
דוקטורנט בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון הקליט את הרעש העצמי של טיפת מים במנוחה
פרופ’ טל כרמון (מימין) והדוקטורנט שי מעייני. צילום: ניצן זוהר, דוברות הטכניון
טיפות מים נפוצות בטבע, בחיי היום-יום ובתהליכים רבים בתעשייה ובמעבדות המחקר. רוב האנשים סבורים שטיפת מים המונחת על משטח היא עצם שקט ודומם, אולם אילו צילמנו טיפת מים מקרוב, ממש מקרוב, וברזולוציה של אטום בודד, היינו מגלים להפתעתנו שפני המים שלה אינם חלקים. לאמיתו של דבר, פני המים מתנהגים כמו ים סוער בזעיר אנפין.
המים על פני הטיפה נעים ללא הרף, וזאת בשל דינמיקה הקרויה תנודה בראונית או תרמית. התנועה התרמית של משטח המים משפיעה על תהליכים רבים והיא האחראית, לדוגמה, לשבירה של טיפה אחת לטיפות קטנות יותר.
חוקרים בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון פיתחו לאחרונה שיטה למדידה ולהקלטה של התנועות התרמיות בטיפה. השיטה החדשנית, שהתפרסמה בכתב העת Optica, מבוססת על החדרת אור לטיפה. האור מסתובב בתוך הטיפה 1,000 פעמים וכך מאפשר למדוד את התנודות ברדיוס הטיפה ברזולוציה של פחות מגודלו של אטום בודד.
פרופ’ טל כרמון, שהוביל את המחקר יחד עם הדוקטורנט שי מעייני, מסביר כי “מספר סיבובי האור בטיפה נקרא Optical Finesse (‘עדינות אופטית’), וכאן כאמור הוא עומד על 1,000. פירוש הדבר שאפשר לנטר תנועות שגודלן אלפית מאורך הגל של האור המוחדר לטיפה. כושר הפרדה זה מתאים לניטור התנודה התרמית של הטיפה.”
בקבצים המצורפים, שהוקלטו על ידי שי מעייני במעבדתו של פרופ’ כרמון, אפשר לשמוע את הרעש התרמי שנוצר בטיפת המים ולראות את אופני התנודה האופיינים של הטיפה. “מעבר לעניין המדעי,” מסביר מעייני, “יש כאן פוטנציאל לפיתוח מיקרו-התקנים שקירותיהם עשויים מים, העשויים להיות מועילים בהקשרים שונים. למשל, התקן בשם hybrid resonator, שבו חולפים גלי אור וגלי מים זה דרך זה, עשוי לאפשר שִׁיחלוּף אנרגיה בין שני סוגי הגלים. הטיפה שבה מהדהדים גלי מים וגלי אור יכולה לשמש בסוג חדש של גלאים הבודק את תגובת העצם הנבדק לכמה גלים שונים. לדוגמה, נוכל להכניס תא ביולוגי לתוך טיפה ולקבוע, על פי תגובתו לגלי אור, מים וקול אם הוא תקין או סרטני.”
פרופ’ טל כרמון (משמאל) והדוקטורנט שי מעייני. צילום : ניצן זוהר, דוברות הטכניון
לדברי פרופ’ כרמון, “יש כאן אנלוגיה מסוימת לאופן שבו גוף האדם מזהה סכנות – באמצעות שילוב בין כמה חושים ולא על סמך חוש אחד בלבד. מסיבה זו אנו קוראים לשיטת העתידית הזו ‘גלאי רב חושי’, וזאת בניגוד לטכנולוגיה הנוכחית של גלאי רב-תדרי (מולטי-ספקטראלי), שבו נבדקת תגובת העצם הנבדק לתדרים שונים של גל אחד.”
שי מעייני השלים בטכניון תואר ראשון (בהצטיינות) במסלול הנדסת חשמל-פיזיקה ותואר שני בהנדסת חשמל בהנחיית פרופ’-משנה יובל יעיש. בשנת 2012 חזר לטכניון לטובת לימודי דוקטורט. לאחרונה זכה במלגת משרד המדע לדוקטורנטים לשנת 2017.
פרופ’ טל כרמון השלים בטכניון לימודי תואר ראשון בהנדסת מכונות ודוקטורט בפיזיקה. אחרי פוסט- דוקטורט בקלטק עבר לאוניברסיטת מישיגן, אן ארבור, שם היה פרופ’-משנה ואחר כך פרופ’-חבר. ב-2013 חזר לפקולטה להנדסת מכונות בטכניון כפרופ’-חבר. הוא חתן מלגת אשכול, מלגת רוטשילד ופרס חיל האוויר האמריקאי לחוקר צעיר.
3. תמונה מדעית: משמאל למעלה: המודים העצמיים של טיפה כפי שחושבו אנליטית. מימין למעלה: טיפת המים שנבדקה. למטה: איור אמנותי להמחשה