איך ייראה העתיד?
חמישה חוקרים מהטכניון משרטטים את המחקר במאה השנים הבאות
“ביוטכנולוגיה היא ההייטק של מחר, וישראל תהיה אומת הסטארטאפ גם בתחום זה”
פרופ’ מרסל מחלוף מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון: “במאה השנים הבאות, ואפילו בשנים הקרובות, תתרחש קפיצת דרך בתחום החלבונים האלטרנטיביים. במקום לבלוע ערמה של כדורים, כמו בסיפורי מדע בדיוני נוכל פשוט לאכול מוצרים דומים למזון שמקורו בבעלי חיים – בלי צורך בבעלי חיים! השינוי הזה יקרה פשוט כי אין ברירה. כוכב הלכת שלנו אינו יכול לשאת עוד את שרשראות אספקת המזון שאנחנו צריכים כדי להאכיל את האוכלוסייה.
“הדור הבא של תרופות לא יהיה מוגבל לקפסולה פשוטה שמכילה תרופה ואולי נוגדן או חלבון נוסף. זה יהיה הרבה יותר מתוחכם. וזה כבר קורה – Nano-Ghosts שהפקנו במעבדה שלי מממברנות של תאי גזע הם חלקיקים שאפשר לטעון בתרופות. החלקיקים האלה יכולים לעבור את מחסום הדם-מוח ולהביא תרופות למוח. באמצעות הטכנולוגיה הזאת אנחנו מפתחים דרכים לטפל במחלות כגון טרשת נפוצה וגליובלסטומה. עלינו לאחד מדענים מתחומים שונים לחלוטין כדי לחשוב על הרחבת ספקטרום המחקר. אני לוקחת את עצמי כדוגמה – עסקתי בהנדסת רקמות לטובת יישומים רפואיים, אבל ראיתי הזדמנות גדולה באפשרות לרתום את הידע שלי לתחום הבשר המתורבת וכך לקדם ייצור מזון בר-קיימא.
“אנחנו קוראים לישראל ‘אומת הסטארטאפ’ ומתכוונים להייטק, אבל ביוטכנולוגיה היא ההייטק של מחר, וישראל תהיה אומת הסטארטאפ גם בביוטכנולוגיה. יש לנו מדענים מצוינים וידע מצוין, ואנחנו חושבים מהר. אנחנו יודעים להיות גמישים וכך לפתח טכנולוגיות, להביא אותן לשוק ולהשפיע בקנה מידה רחב – ובזמן קצר.”
“עידן שבו איכות החיים אינה מאבק מתמיד אלא ריקוד הרמוני”
פרופ’ חוסאם חאיק מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון: “במאה הבאה תתרחש מהפכה עולמית בבריאות, ומה שיניע אותה הוא גישה נרחבת לכלי אבחון מתקדמים, לא פולשניים, המאפשרים מעקב בזמן אמת וגילוי מוקדם של מחלות בקרב מיליארדי אנשים ברחבי העולם.
“ננורובוטים עשויים לחולל מהפכה ברפואה ובכירורגיה על ידי תנועתם בגוף האדם לצורך תיקון וביצוע טיפולים ממוקדים. באמצעות בינה מלאכותית אפשר לסנן נתוני בריאות אישיים כדי לזהות מחלה ומצבים רפואיים בשלב מוקדם, לפני שמופיעים תסמינים, וליצור עידן שבו בעיות כרוניות אינן פוגעות במהות החיים, ואיכות החיים אינה מאבק מתמיד אלא ריקוד הרמוני.
עם גישה אוניברסלית לאבחון ולטיפולים מתקדמים, חומות האי-שוויון בטיפולים רפואיים עשויות להתמוטט וכך להוביל לעידן אתי שבו הטכנולוגיה שזורה בתודעה האנושית ובערכיה הקולקטיביים של האנושות.
“בתחום הסביבתי, חיישנים ננומטריים אוטונומיים עשויים לפעול כפקחים אוניברסליים המנטרים שינויים אקולוגיים ומבצעים תיקונים באופן עצמאי. בשילוב עם שינויים מהפכניים בהפקת אנרגיה, באחסונה ובצריכתה, פקחי אקולוגיה אלה יבשרו על עידן חדש של איזון אקולוגי וקיימות, שבו יפחתו השפעות שינויי האקלים והנזקים לחיים על כדור הארץ.
“כשטכנולוגיה וביולוגיה ישתלבו זו בזו, הופעתן של מערכות ביוהיברידיות תשפר את היכולות האנושיות הטבעיות ותאריך את חיינו. בסופו של דבר תוביל המהפכה הזאת לעולם של חדשנות וידע, והטכניון וישראל הם שיובילו את האנושות לעתיד מואר והרמוני. חילופי הידע שיובילו הטכניון וישראל עשויים לייצר מארגים של שיח בין-תחומי שיקיף תחומים רבים ובהם ננוטכנולוגיה, בינה מלאכותית, רפואה, מדעי הסביבה וחקר החלל. דיאלוגים אלה עשויים לעודד את צמיחתם של רעיונות העשויים לפתור את אתגריה הדחופים ביותר של האנושות ולממש את הפוטנציאל הבלתי מנוצל של היקום.”
כיצד הבינה המלאכותית תהפוך אותנו למדענים פוריים יותר?
פרופ’ עדו קמינר מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי, מומחה בפיזיקה קוונטית ובאינטראקציית אור-חומר: “סבי היגר מהולנד לישראל ב-1946 כדי ללמוד בטכניון הנדסה אזרחית. באותה תקופה הנדסה אזרחית והנדסת מכונות היו התחומים היוקרתיים ביותר; הדיסציפלינות המדעיות שאני עוסק בהן, למשל מדעי המחשב והנדסת חשמל, עוד לא התקיימו כתחומים נפרדים.
“היום ההתקדמות מהירה הרבה יותר, והמהירות ניכרת במיוחד בתחומים כגון טכנולוגיות קוונטיות ובינה מלאכותית. איש לא מפקפק בכך שבעתיד יהיו לנו מחשבים קוונטיים, ושההמצאה הזאת תקבל בדיעבד חשיבות דומה להמצאת המחשב עצמו.
“אנחנו כבר נהנים מטכנולוגיות קוונטיות מסוימות, למשל שעונים אטומיים לניווט ומכשירי MRI לדימות רפואי. כיוון נוסף שבו התחום הקוונטי נראה מבטיח הוא הפוטנציאל בפתרון בעיות ישנות ובשיפור טכנולוגיות קיימות, כפי שאנחנו עושים אצלנו במעבדה.
“הרעיון הזה של פתרון בעיות ישנות באמצעות קונספט מדעי חדש אינו ייחודי לעולם הקוונטום. מדענים בעולמות הפוטוניקה והננופוטוניקה מפתחים מסננים גדולים המבוססים על חלקיקים ננומטריים, והמסננים האלה יכולים לשנות את קרני השמש שמגיעות לעצי תפוח באופן שמאפשר לנו לשלוט בטעמם של התפוחים, בגודלם ובעונת ההבשלה שלהם.
“יש יופי עצום בגילויים חדשים במדע הבסיסי ובחידושים טכנולוגיים, וקשה לדמיין מהם גבולות האפשר. הרבה לפני שטכנולוגיות קוונטיות יבשילו נראה את הבינה המלאכותית ממלאת תפקיד משמעותי במדע ואפילו בגילויים מדעיים חדשים. זה יקרה בתוך פחות ממאה שנה. אנחנו כבר רואים את זה בפרויקט מכונת רמנוג’אן, שבמסגרתו פרסמתי עם קבוצת המחקר שלי כמה מאמרים חלוציים המשתמשים באלגוריתמים ממוחשבים להאצה של תגליות מתמטיות ואחרות. התחום של בינה מלאכותית בשירות המדע מחולל שינוי דרמטי באופן שבו אנחנו מתקדמים במדע ובטכנולוגיה.
“האם ייתכן שהבינה המלאכותית הופכת אותנו ללא רלוונטיים? או גרוע מכך, האם היא עלולה לסכן את החברה האנושית בתחום המדעי ומעבר לו? חשוב לשאול כיצד נוכל להתאים את הבינה המלאכותית ולרתום אותה כדי להפוך אותנו למדענים פוריים יותר. אני מאמין שביכולתנו להשפיע על כיוון ההתפתחות.”
“ניתנה לנו הזכות לעבוד על אתגרים ארוכי טווח ועל חידות עמוקות ומורכבות יותר”
פרופ’ ליהי צלניק מנור מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי, המִשְׁנָה לנשיא לחדשנות וקשרי תעשייה: “דמיינו עתיד שבו הטכנולוגיה מאפשרת לנו לא רק לראות ולשמוע זה את זה ממרחקים גדולים, אלא גם להרגיש – לבדוק חולה או לחבק נכד מעבר לים. אני אוהבת לחשוב על יישומים של טכנולוגיות המדמות את תחושת המגע: לספק כלים חדשים לאנשי רפואה, לעזור לעיוורים ואפילו לאפשר לבני משפחה לגעת זה בזה מרחוק באופן וירטואלי. הפוטנציאל המדהים של טכנולוגיות כאלה הוא שמניע את העבודה שלי.
“האתגר של הדמיית מגע – במיוחד טקסטורות – עוד רחוק ממימוש. כיום, מערכות האפטיות, כלומר מערכות המתמקדות בחוש המישוש, מסתמכות על מנועי רטט פשוטים. מנועים אלה משמשים להפקת משוב חושי במכשירים כגון כפפות הפטיות או זרועות רובוטיות. מכשירים אלה מאפשרים למשתמשים ‘להרגיש’ את החפץ שהם אוחזים בו. עם זאת, כשמדובר בהדמיית טקסטורה מפורטת, למשל חספוס של בטון או חלקות של בד, הטכנולוגיה עדיין מוגבלת.
“אנחנו עובדים על טכנולוגיות שמטרתן לשחזר את החוויה של מישוש טקסטורות ממשיות. באחד הניסויים בנינו טאבלט עם מערכות לחץ אוויר, בדומה לשולחן הוקי אוויר, כדי לדמות משוב חושי ולחקור את האפשרות להעביר תמונות לאנשים עיוורים דרך מגע. הפרויקט נתקל בקשיים כאשר הצוות הבין בסופו של דבר שהאנשים מתקשים להבין טקסטורה מרחבית מורכבת של עצמים באמצעות מישוש בלבד. עם זאת, הניסוי סיפק מידע חשוב על טכנולוגיה האפטית.
“בניסוי נוסף ניסינו ליצור מכשיר קטן, דומה לעכבר מחשב, שיכול לספק משוב חושי שמאפשר למשתמשים לזהות טקסטורות. ב’עכבר ההפטי’ יש מחטים רוטטות שמדמות טקסטורות שונות על ידי גירוי האצבע בצורה שמחקה את התחושה של מישוש משטחים אמיתיים. המכשיר מנצל את היכולת של המוח לשחזר טקסטורות כאשר המשתמשים מעבירים את אצבעותיהם על המחטים. המערכת נבחנה מול חומרים מודפסים בתלת-ממד, והתוצאות הראו שהמכשיר אומנם לא היה מדויק כמו המגע הפיזי עם החומרים, אבל עדיין היה יעיל. המשתתפים בניסוי הצליחו לזהות טקסטורות ב-86% דיוק באמצעות המכשיר ההאפטי לעומת 97% דיוק עם משטחים שהודפסו בתלת-ממד. תהליך הזיהוי היה איטי יותר עם המכשיר – שתי דקות לעומת דקה – אך הוא הדגים את הפוטנציאל של משוב האפטי וירטואלי בזיהוי טקסטורות.
“אחד היישומים המרגשים ביותר של טכנולוגיות האפטיות קשור ברפואה, ובמיוחד בניתוחים לפרוסקופיים. מנתחים מסתמכים כיום על משוב חזותי כדי להבדיל בין רקמות בריאות לרקמות חולות. אם משוב האפטי היה משולב בכלים כירורגיים, רופאים היו יכולים ‘להרגיש’ את ההבדל בין רקמות וכך לשפר את הדיוק ולהפחית טעויות. התקדמות כזאת יכולה לשנות את כללי המשחק בניתוחים כגון הסרת גידולים או ניתוחים.
“עתיד ההאפטיקה רק מתחיל להתגלות. ככל שהמחקר יתקדם, העולם הדיגיטלי יהיה יותר ויותר אינטראקטיבי ויאפשר לנו לא רק לשמוע ולראות מרחוק אלא גם להרגיש ואני מאמינה שהאתגר הזה מתאים מאוד לטכניון. עבודה על בעיות שפתרונותיהם מצריכים עשרות שנות עבודה – זאת בדיוק האקדמיה. התעשייה מתמודדת עם בעיות קצרות טווח, אבל לנו, חוקרי הטכניון, ניתנה הזכות לעבוד על אתגרים ארוכי טווח ועל חידות עמוקות ומורכבות יותר.”
הנדסה בהשראת הטבע לטובת שיפור האבחון הרפואי
ד”ר אסף זינגר מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון הוא מומחה בעל חזון בפיתוח טכנולוגיות רפואיות חדשניות בקנה מידה ננומטרי. את חזונו הוא מגדיר בפשטות: “אני מאמין שהטבע הוא המהנדס הטוב ביותר בעולם”. לדבריו, מאה השנים הבאות בתחום ההנדסה הביומימטית – הנדסה בהשראת הטבע – יתמקדו באתגר החשוב ביותר של הרפואה המודרנית: זיהוי מוקדם של סרטן ומחלות ניווניות של המוח.
“היום אנחנו יודעים לטפל בסרטן, ולעיתים גם לצמצם את תופעות הלוואי. אבל האם אנחנו יודעים לזהות את המחלה בשלב מוקדם, עוד לפני שהיא מתפשטת ופוגעת בגוף ובנפש? זהו, בעיניי, האתגר האמיתי: לא רק לטפל – אלא לאבחן בזמן.”
את התקווה לשינוי פורץ דרך הוא תולה בטכנולוגיה החדשנית שמפתחת המעבדה שלו: ננו-חלקיקים ביומימטיים – חלקיקים ננומטריים שמתנהגים כמו מערכות טבעיות בגוף. “אני תמיד שואל את הצוות שלי: איך נוכל לרתום את הטבע או לחקות אותו כדי ליצור טיפולים חכמים וחדשים?”
זינגר מציין שמגפת הקורונה האיצה את קפיצת המדרגה המדעית בתחום תרופות ה-mRNA. “היום אנחנו כבר עובדים על גישות שעד לא מזמן נראו דמיוניות – למשל, העברה של מולקולות mRNA דרך האף, בהרחה. תחשבו על זה: כשאתם מריחים פרח או חיתול של תינוק, מולקולות עוברות ישירות לאונת הריח במוח. במעבדה הוכחנו שהחלקיקים שלנו מסוגלים לעשות בדיוק את זה. עכשיו אנחנו שואלים – אילו תאים נרצה לטרגט, ומה נוכל לרפא בדרך הזאת?”
אבל מעבר לטכנולוגיה ולמדע, יש כאן סיפור אנושי עמוק: “בלי קשר לדת, גזע, מין או לאום – כולנו מכירים מישהו שמתמודד עם סרטן או מחלה נוירולוגית. כולנו מכירים כאב. ואם תשאלו אותי מה אני רוצה להשיג כאן בטכניון, התשובה פשוטה: אני רוצה להחזיר לאנשים את הבריאות, את התקווה, את החיים. המדע, אני מאמין, הוא הגשר שיכול לחבר בין אנשים – ואולי גם לרפא את הפצעים של כולנו.”
