חודש: ינואר 1970

איזה קול יש לטיפת מים?

דוקטורנט בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון הקליט את הרעש העצמי של טיפת מים במנוחה

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.”

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.

למאמר המלא לחצו כאן

לתמונות לחץ כאן

כיתוב:

1. 223 +825 – פרופ’ טל כרמון (מימין) והדוקטורנט שי מעייני. צילום: ניצן זוהר, דוברות הטכניון
2. 642 – פרופ’ טל כרמון (משמאל) והדוקטורנט שי מעייני. צילום : ניצן זוהר, דוברות הטכניון
3. תמונה מדעית: משמאל למעלה: המודים העצמיים של טיפה כפי שחושבו אנליטית. מימין למעלה: טיפת המים שנבדקה. למטה: איור אמנותי להמחשה.

לסרטונים לחץ כאן

4. וידאו 1+2: חישוב נומרי של אופן התנודה הקפילארי הראשון והשני של הטיפה
5. וידאו 3: קובץ אודיו, שומעים את התנודות הקפילריות התרמיות כאשר מבצעים סריקה של הלייזר דרך תדרי התהודה. תנודות הטיפה מומרות לקול כפי שהן, ללא עיבוד.

 

לפרטים נוספים: גיל ליינר – 058-6882208, דורון שחם – 050-3109088

 

 

פרופ’ ג’ף סטיינהאור מהפקולטה לפיזיקה בטכניון מציג הוכחה לקרינת הוקינג כפי שנחזתה על ידי הפיזיקאי סטיבן הוקינג לפני עשרות שנים.  המחקר מתפרסם בכתב העת Nature Physics

המדען הבריטי הנודע סטיבן הוקינג ניבא כבר לפני 42 שנים, על סמך חישובים תיאורטיים בלבד, את תופעת הקרינה הנובעת מחורים שחורים.

תופעה זו הידועה בשם קרינת הוקינג חלשה מכדי שניתן יהיה להבחין בה באמצעות השיטות הקיימות היום, ונותרה “הגביע הקדוש” של תחומי הפיזיקה האטומית, אופטיקה לא לינארית, פיזיקה של מצב מוצק, נוזלי-על של חומר דחוס, אסטרופיזיקה, קוסמולוגיה ופיזיקת חלקיקים. זאת עד לתצפיותיו האחרונות של פרופ’ ג’ף סטיינהאור מהפקולטה לפיזיקה בטכניון במתקן המדמה חור שחור, שנוצר במעבדתו לפיזיקה אטומית.

המאמר החדש, המתפרסם בכתב העת Nature Physics, מתאר תצפית ראשונה של קרינת הוקינג תרמית-קוונטית במערכת כלשהי. לדברי פרופ’ סטיינהאור נִצפּתה בַּניסוי התפלגות טרמית של קרינת הוקינג, שנבעה מתנודות קוונטיות, שמקורה בחור שחור אקוסטי. הוא הוסיף כי “זהו אישוש ניסויי לניבוי של הוקינג בנוגע לתרמודנימיקה של החור השחור.”

זוגות פונונים (חלקיקי קול) מופיעים באופן ספוטני בריק באופק אירועים של המתקן המדמה חור שחור. אחד הפונונים יוצא מהחור השחור כקרינת הוקינג, והפונון האחר נבלע לתוך החור השחור. לזוגות יש התפלגות רחבה של אנרגיות. הקורלציה בין צמדים אלו מאפשרים לנו לאתר קרינת הוקינג.

לחלקיקי הוקינג ולחלקיקים השותפים בתוך זוג יכול להיות חיבור קוואנטי המכונה “שזירה” (entanglement). סטיינהאור מסביר: “באמצעות השימוש בטכניקה שפיתחנו ראינו שזוגות חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה היו שזורים, בעוד זוגות בעלי אנרגיה נמוכה לא היו שזורים. שזירה זו מאמתת מרכיב חשוב בדיון על פרדוקס המידע ועל “מחלוקת חומת האש” (firewall controversy).

התצפית על קרינת הוקינג, שבוצעה בעיבוי בוז-איינשנטיין, מאמתת את החישוב של הוקינג הנתפס כאבן דרך בחיפוש אחר כוח כבידה קוואנטי.

פרופ’ סטיינהאור עובד באופן בלעדי על ההוכחה מאז שנת 2009 במעבדה שהרכיב במו ידיו בטכניון, הגדושה בלייזרים ועשרות מראות, עדשות וסלילים מגנטיים שמטרתם לדמות חור שחור.
סטיינהאור מונע, מאז היה ילד, מסקרנות לחוקי הפיזיקה. לדבריו “ההוכחה לקיום הקרינה הקוואנטית של הוקינג, מקדמת אותנו צעד נוסף קדימה, במסענו האינסופי לגילוי חוקי היקום. הבנה זו לבדה חשובה לבני האדם, כמו יישומם של חוקי הפיזיקה בחברה.”

בשנת 2014, פרסם ב- Nature Physics את תוצאות התצפית הראשונה של קרינת הוקינג במערכת כלשהי. קרינה זו השתקפה מהאופק הפנימי, חזרה לאופק החיצוני, וגרמה לקרינת הוקינג נוספת. לעומת זאת, מחקרו האחרון תומך בקיום קרינת הוקניג קוואנטית, הופעה ספונטנית של זוגות הוקינג. זוגות פונונים (חלקיקי קול) מופיעים באופן ספוטני בריק של המתקן המדמה חור שחור.

פריצת הדרך של סטיינהאור שנצפתה ב-2014 עוררה הדים בקהילייה המדעית. ב”אקונומיסט” נכתב כי “אם האקדמיה המלכותית השוודית נמצאת במצב רוח טוב, ייתכן ותגלית זו עשויה להוביל את פרופ’ סטיבן הוקינג לשטוקהולם (שם מוענקים פרסי נובל במדעים). בפרס נובל, קיים כלל בלתי כתוב, שהפרס אינו מוענק על תיאוריה בלבד. אם הניסוי של פרופ’ סטיינהאור אכן מראה מה שהוא טוען, אזי החישובים של הוקינג נכונים, וכפי הנראה שני המדענים יחד עם ד”ר אונרו ימצאו עצמם בדרך לשטוקהולם.”

פרופ’ סטיינהאור, יליד לוס אנג’לס, השלים דוקטורט ב-UCLA ואחריו שני פוסט-דוקטורטים: האחד בהנחיית פרופ’ ניר דוידסון במכון ויצמן והאחר בהנחיית חתן פרס נובל וולפגנג קֶטֶרְלֶה ב-MIT. לפקולטה לפיזיקה בטכניון הצטרף בשנת 2003, ובשנת 2009 החל לחקור באופן ניסיוני חורים שחורים קוליים במעבדתו בטכניון. בניסוייו הצליח להדגים לראשונה חור שחור קולי. הפיזיקאי הגרמני פרופ’ ג’יימס אנגלין טען בעקבות זאת כי מדובר בחור השחור הקולי הראשון בהיסטוריה

בשנת 2012, הוא הופיע בסדרת הטלוויזיה “מבעד לחור התולעת” (Through the Wormhole), של Science Channel TV בהנחייתו ובקריינותו של השחקן זוכה האוסקר, מורגן פרימן. במסגרת התכנית שוחח סטיינהאור על מתקן המדמה חור שחור במעבדה פרי פיתוחו ועל תקוותיו להשתמש בו כדי לצפות בקרינת הוקינג. מתקן החור השחור מנצל את מערכת הדימות פורצת הדרך שלו בעלת רזולוציה גבוהה במיוחד.

 

 

לפרטים נוספים: גיל ליינר – 058-6882208, דורון שחם – 050-3109088

 

 

בתחילת דצמבר התקיים בצרפת הארוע השנתי של אגודת ידידי הטכניון בצרפת

 

בתחילת דצמבר התקיים בפריז הארוע השנתי של אגודת דורשי הטכניון בצרפת, בחסות נשיא צרפת פרנסואה הולנד. במסגרת הארוע נחתם הסכם שיתוף פעולה בין הטכניון ומכון המחקר CentraleSupélec.

הארוע נערך תחת הכותרת Technion-connected-world ועסק בנושאים שונים הקשורים בטכנולוגיה חכמה. בכנס המדעי בארוע השתתפו יותר מ-500 איש, ובערב הגאלה כ-400. משלחת הטכניון, בראשות נשיא הטכניון פרופ’ פרץ לביא, כללה את המשנה לנשיא למחקר פרופ’ וויין קפלן, מנהל היחידה העסקיתT3  בנימין סופר, פרופ’ יהודה קלעי מהפקולטה לארכיטקטורה, פרופ’ חוסאם חאיק מהפקולטה להנדסה כימית, פרופ’ רון קימל מהפקולטה למדעי המחשב, רן קורבר (ממייסדי בריזומטר), מאיר זורע (ממייסדי ARTSYS360, שהוקמה על בסיס פטנט טכניוני), בוגר הטכניון ד”ר גרגורי שוסטר (ממייסדי NanoVation-GS, המבוססת על מחקר במעבדתו של פרופ’ חוסאם חאיק) ואיתי לווינסון מ-ReWalk.

בתמונה, מימין לשמאל: סגנית הנשיא למחקר ולהוראה ב-CentraleSupélec אסטל יקונה, נשיא הוועדה המנהלת של ידידי הטכניון בצרפת פרופ’ ז’אק לוינר, נשיא הטכניון פרופ’ פרץ לביא, נשיא CentraleSupélec ארווה ביוסה, ומוריאל טואטי העומדת בראש אגודת ידידי הטכניון בצרפת

 

Contact Us

[su_row]
[su_column size=”1/3″]

Zohar Nathanson

E: zoharn@technion.ac.il

T: 04-829-5615

 

[/su_column]
[su_column size=”1/3″]

Donor recognition,
Ceremonies and Events

 

Ceremonies, project
inaugurations & plaques

Yael Agmon

E: yaela@technion.ac.il

T: 04-829-3481

 

——————

 

Academic ceremonies
& special events

Dalit Yaron

E: dality@technion.ac.il

T: 04-829-2863

 

[/su_column]
[su_column size=”1/3″]

Visitors Center

 

Head of the center

Naomi Bitansky

E: naomib@technion.ac.il

T: 04-829-3775

——————

 

Visits Coordinator

Michal Gal

E: michalgal@Technion.ac.il

T: 04-829-4985

 

——————

Visits Coordinator

Alon Maya

E: alon.maya@technion.ac.il

T: 077-8873127

 

——————

Visits Coordinator

Dia Mellamed

E: diam@technion.ac.il

T: 077-8871562

——————

Front Desk and Visits Coordinator

Cecile Marek

E: cecile@technion.ac.il

T: 04-829-3775

——————

 

Front Desk

Shaymaa Darawshy

E: VisitorsCenter@technion.ac.il

T: 04-829-3775

 

————————————————————

 

 

 

 

 

 

——————
[/su_column][su_column size=”1/3″]

——————

——————

 

——————

 

——————

 

——————

——————

[/su_column]

במגזין שלפניכם תוכלו לקרוא בהרחבה על הישגיהם של חוקרי הטכניון במאבק בקורונה וכמובן על מחקרים אחרים במגוון נושאים ובהם אנרגיה ומים, הנדסת חשמל, רפואת לב ודרכי הנשימה, חקר המוח  ופיתוח מציל חיים בתחום התעופה.

עוד בגיליון: הכנר המחונן פיראס משעור התלבט בין האומנות למדע – ובחר במדע; יום היזמות הכלל טכניוני הראשון משך אלפי משתתפים; וליאור ארבל הקדיש את הדוקטורט שלו לבניית כלי מוזיקלי שבו הכוסות מנגנות לצלילי הגיטרה.

https://www.dmag.co.il/pub/technion/tmag.html

 

מחקר שנערך בטכניון ובבית החולים לילדים בסינסינטי (אוהיו, ארצות הברית) מצביע על הקשר בין נזק לסיבים המוליכים אותות חשמליים במוח להפרעות קוגניטיביות מסוימות. המחקר שהתפרסם ב-PNAS, רשומות האקדמיה האמריקנית למדעים, מציג הצלחה ראשונית בבלימת הנזק הקוגניטיבי באמצעות עיכוב התהליך הפוגע בהולכת האותות במוח.

את המחקר הובילו פרופ’ איתמר קאהן מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון ופרופ’ ננסי רטנר מבית החולים לילדים בסינסינטי (CCHMC) והשתתפו בו הדוקטורנט ג’אד עאסלה, הלומד במסלול MD/PhD בטכניון, וד”ר בן שופטי, בעבר דוקטורנט בקבוצת המחקר של פרופ’ קאהן וכיום נוירוכירורג במרכז הרפואי תל אביב.

המחקר הנוכחי התמקד בהפרעה ההתפתחותית הגנטית NF1 (נוירופיברומטוזיס מסוג 1). מחלה זו, הנובעת מפגיעה בגן Nf1, עלולה להוביל להיווצרות גידולים במערכת העצבים, לתסמיני אוטיזם, להפרעות קשב וריכוז קשות ולעיכוב בהתפתחות כישורים מוטוריים. הפגיעה מתרחשת בעיקרה בחומר הלבן במוח – אזור העשוי מסיבים המקשרים בין תאי עצב. סיבים אלו עטופים בחומר מבודד הנקרא מיאלין החיוני להולכת אותות תקינה. סיבי החומר הלבן מקשרים בין אזורים שונים במוח, ותפקודו תלוי בפעילותם התקינה.

החוקרים התמקדו באוליגודנטרוציטים – התאים המייצרים את המיאלין – ובדקו את הקשר בין פגמים בארגון המיאלין להפרעות נוירולוגיות. הם הראו כי תקלות בייצור המיאלין מובילות לפגיעה בסיבים המחברים אזורי מוח שונים וכך גורמות לפגיעה ביכולת תנועה עדינה ובתפקודים נוספים. בניסויים שנערכו בעכברים מהונדסים גנטית מיפו החוקרים את הקשר בין הפגיעה המוחית האנטומית (שנחקרה באמצעות סריקות מבניות ב-MRI) לבין הקישוריות התפקודית (שנבדקה באמצעות MRI תפקודי, fMRI). בעזרת שיטות הדמייה ייחודיות אלה, מהמתקדמות בעולם, הדגימו החוקרים מקור מבני ותפקודי לפגיעה התנהגותית הנגרמת כתוצאה מהמחלה.

פרופ’ רטנר הדגימה במחקרים קודמים כי באמצעות תרופות קיימות, הבולמות את ייצור החנקן החמצני (nitric oxide) ברקמת המוח, אפשר למנוע נזקים בחומר הלבן וכך “להציל” את הקישוריות התפקודית. בהמשך לכך מגלה המחקר הנוכחי כי טיפול דומה אכן יעיל בצמצום הנזקים שגורמת מחלת NF1 למיאלין. יתר על כן, נראה שבדיקות מבניות ותפקודיות באמצעות MRI יאפשרו להעריך את יעילותו של הטיפול במטופלים ספציפיים.

לסיכום, המחקר מדגיש את חלקו של חומר לבן פגום בהפרעות מוחיות ומציע טיפול נקודתי, מותאם אישית, להפרעות הקשורות ביצירת מיאלין. כעת משתתפים פרופ’ קאהן ופרופ’ רטנר במחקר קליני שבו הם בודקים את בטיחותו של הטיפול שהודגם במחקר הנוכחי ואת יעילותו בשיפור היכולות הקוגניטיביות בילדים הסובלים ממחלת NF1. לדבריהם, המחקר מדגיש את חשיבותם של מודלים מותאמים-אישית בהבנה של תפקודי מוח.

המחקר נערך בסיוע רשות המחקר בטכניון ובתמיכת הקרן הלאומית למדע (ISF), קרן אדליס ומכוני הבריאות האמריקאים (NIH).

 

למאמר בכתב העת  PNAS לחצו כאן

את הפיתוח הובילו ד”ר יואכים בהר מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית וג’רמי לוי, סטודנט לתואר שני בפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי. “ארגז הכלים” שפיתחו השניים מתבסס על סטנדרטיזציה של בדיקות אוקסימטריה – ריווי חמצן בדם. מדובר בבדיקות שגרתיות חשובות, שכן ירידה ברמת החמצן בדם עלולה להוביל לפגיעה תפקודית מסוגים שונים לרבות תקלות בתפקוד הלב, ובמקרים חריגים לנמק ולמוות. בנוסף, היא עשויה להעיד על מחלות נשימתיות שונות ובהן קורונה.

כיום אפשר לבצע אוקסימטריה בבית באמצעות מכשירים ביתיים זולים וקטנים, שהתפתחו במידה רבה במסגרת רפואת השינה והניסיון לזהות דום נשימה בשינה. עם זאת, בשל היעדר סטנדרטיזציה של המכשירים האלה בשוק, קשה מאוד לנתח את נתוניהם באופן אוטומטי כפי שעושים כיום, למשל, במעקב אחר מחלות לב.

כאן נכנס לתמונה ארגז הכלים שפיתחו חוקרי הטכניון. מדובר בטכנולוגיה של ניטור מתמשך, והיא מספקת התרעות על מצבים חריגים ובעיקר על דום נשימה בשינה, זאת על סמך 44 סמנים ביולוגיים המעידים על ריווי החמצן בדם. החוקרים, שהתבססו על נתונים מכ-26.5 אלף שעות בדיקה של נבדקים רבים, הראו כי שילוב סמנים מרובים עדיף משמעותית על כל סמן בנפרד.

הטכנולוגיה האמורה תסייע באיתור חולי קורונה לא מאומתים, במעקב אחרי חולי קורונה סימפטומטיים במצב מתון וחולים אסימפטומטיים, וכן באיתור מצבים מסוכנים של דלקת ריאות בקרב חולי קורונה מאושפזים – סיבוך נפוץ בקרב חולים אלה. אף שהחוקרים התמקדו בריווי חמצן בדם, הקונספט החדש יכול לשמש למדידה של סמנים אחרים וכך לסייע באיתור מצבים בריאותיים שונים ומגוונים.

למאמר בכתב העת Digital Medicine לחצו כאן

חוקרים מהטכניון פרסמו בכתב העת Clean Water מקבוצת Nature טכנולוגיה גמישה וסלקטיבית לטיהור מים לצורכי חקלאות. את המחקר, שנערך בתמיכת תוכנית האנרגיה ע”ש גרנד בטכניון, הובילו פרופ’ צ’רלס דיזנדרוק מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך, פרופ’ מתי סאס מהפקולטה להנדסת מכונות והדוקטורנט אריק גאיס והשתתפו בו הדוקטורנט עמית שוכרון והסטודנט לתואר שני ינקה צ׳ן.

טיהור מים לצורכי חקלאות הוא אתגר טכנולוגי מורכב שחשיבותו רבה במיוחד בישראל, שבה רוב מי השופכין מושבים לצורכי חקלאות ורוב הגידולים החקלאיים בנגב מבוססים על מים כאלה. חוקרי הטכניון מסבירים כי למרות היתרונות שבטיהור ממברנלי של מים – ניקוי באמצעות סינון – שיטה זו אינה מאפשרת סילוק סלקטיבי של חומרים מזיקים כגון נתרן מבלי לסלק חומרים החיוניים לגידול החקלאי. נתרן בכמויות גדולות הוא אחד האויבים של הגידול החקלאי, של איכות הקרקע ומי התהום ושל בריאות האדם. המלחת הקרקע בנתרן גורמת לשורה של נזקים חקלאיים ובהם פגיעה בעלים, היווצרות קרחות בשדה, ובמקרים חמורים הרס הקרקע והשבתתה כקרקע חקלאית.

שני מדדים חשובים בהערכת פוטנציאל הנזק של הנתרן במים הם המוליכות החשמלית של המים וה-SAR – ריכוז הנתרן במים ביחס לריכוזי סידן ומגנזיום. לצמחים שונים יש עמידות שונה ל-SAR, אולם ככלל, ככל שערכו של משתנה זה גבוה יותר, הנזק הפוטנציאלי גבוה יותר. לכן פעלו החוקרים להפחתתם של SAR ושל מוליכות המים, ולשם כך הם פיתחו טכנולוגיה סלקטיבית המסלקת – בניגוד לטיפול באמצעות ממברנות – בעיקר נתרן.

גדולתה של הטכנולוגיה החדשה טמונה כאמור בסלקטיביות שלה – היא אינה מוציאה מן המים מינרלים חיוניים כגון סידן ומגנזיום. מינרלים אלה חשובים לא רק לגידול החקלאי אלא גם לבריאות האדם, ולכן נהוג להוסיפם למים מותפלים.  הטכנולוגיה החדשה מבוססת על CDI ובעברית “קבל יינון”. הקונספט הבסיסי הוא אלקטרודה סלקטיבית ליונים – אלקטרודה שתספח רק את המינרלים הלא רצויים. המים זורמים במערכת בין שתי אלקטרודות תחת זרם חשמלי המושך את היונים שבמים, ועמם את המינרלים, לתוך האלקטרודות, שם הם מוחזקים בתוך חללים ננומטריים (nanopores). זוהי הדגמה ראשונה של תאי CDI המפגינים יכולת לטיהור מבוקר, מדויק ומתמשך של מים מנתרן, וזאת תוך צריכת חשמל נמוכה יחסית (0.38 קוט”ש לקוב מים).

אף שהניסוי במערכת נערך על נתרן וסידן – סילוק הנתרן מהמים והשארת הסידן בתוכם – מדובר בטכנולוגיה גמישה שאפשר להתאימה למינרלים אחרים, בהם מינרלים “טובים” כגון מגנזיום ומינרלים “רעים” כגון עופרת, קדמיום, ארסן ובורון. להערכת החוקרים אפשר יהיה להתאימה גם לצרכים לא חקלאיים, למשל לטיהור מים לטובת שתייה ולהפקת חומרים יקרי ערך (כגון ליתיום לשימוש בסוללות ליתיום יון) מהמים. אף שהמחקר נערך במערכת מוקטנת, הם סבורים שאיכויות הסינון יישמרו גם במערכות מסחריות שייבנו על פי אותו מודל.

למאמר ב- Clean Water מקבוצת Nature לחצו כאן

כיצד משפיעות תכונות המעברים האקולוגיים על השימוש בהם על ידי בעלי חיים שונים? חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטת חיפה בחנו את הנושא על ידי סקירת נתונים שנאספו ממחקרים ברחבי העולם וניתוחם בשיטת מטה-אנליזה.

הכבישים מהווים מחסום פיזי לתנועת בעלי חיים, וגם מחסום התנהגותי המרתיע אותם וקוטע את יכולת התנועה בשטח הפתוח. יונקים גדולים כגון צבאים, חזירי בר ותנים חשופים בעת חציית הכביש לסכנת דריסה, ואף מסכנים את הנוסעים בכלי הרכב המתנגשים בהם. גם בעלי חיים קטנים ובהם מכרסמים ויונקים קטנים אחרים, עופות, זוחלים ודו-חיים נאלצים לחצות את הכבישים תוך חיפוש מזון או בני זוג לרבייה, ואף הם נדרסים במקרים רבים. לצורך פתרון הבעיות הללו, דרושה בנייתם של מעברים אקולוגיים.

לדברי פרופ’ אסף שוורץ מהפקולטה לארכיטקטורה ובינוי ערים בטכניון, “מעברים אקולוגיים הם מבנים המאפשרים חצייה של תשתיות תחבורה על ידי בעלי חיים. הם מהווים פתרון חשוב לבעיית הכבישים ולהשפעתם השלילית על אוכלוסיות הבר.” למרות חשיבותם הרבה לשמירת הטבע ועלותם הגבוהה, הידע הקיים בנוגע להשפעת תכונותיהם של מבנים אלו וסביבתם על השימוש בהם על ידי מינים שונים מוגבל מאוד. זאת משום שהמחקרים בתחום זה מוגבלים לבחינת המעברים האקולוגיים הקיימים באזור המחקר בלבד, ולהרכב המינים המקומי.

בכדי להתגבר על מגבלה זו ערכו חוקרים בטכניון ובאוניברסיטת חיפה מחקר שכלל סקירה שיטתית של הספרות המדעית והמקצועית בתחום זה מרחבי העולם וניתוח סטטיסטי (מטה-אנליזה) כדי להסיק מסקנות כלליות מתוך תוצאות מחקרים אלו. המחקר הוא חלק מעבודת הדוקטורט של דרור דנבום בהנחייתם של פרופ’ אסף שוורץ מהטכניון וד”ר אבי בר-מסדה מאוניברסיטת חיפה, אורנים. לדברי דנבום, “האתגר בתכנון של מעברים אקולוגיים הוא ריבוי הגורמים שיש לקחת בחשבון – מידות המבנה, החומרים שמהם הוא עשוי, צורתו, גידור וצמחייה בסביבתו, נוכחות של בני אדם ועוד. כדי לתכנן את המעבר האקולוגי ביעילות יש להבין כיצד משפיע כל אחד מגורמים אלו על הפוטנציאל לשימוש במבנה על ידי המינים השונים, ולקחת בחשבון כי כל מין מגיב בצורה שונה לאותם גורמים.”

במסגרת סקירת הספרות זיהו החוקרים כ-270 מאמרים המייצגים את הידע שנצבר בנושא זה בארבעה עשורים של מחקר מדעי. מתוך מאמרים אלו נאספו תוצאות מחקריות עבור כ-80 מינים המייצגים קבוצות שונות – טורפים גדולים וקטנים, אוכלי עשב, יונקים קטנים אחרים, זוחלים ודו-חיים. החוקרים גילו השפעות רבות, בחלקן מפתיעות, של סוג המבנה, תכונותיו וסביבתו על הסיכוי לשימוש בכל קבוצות המינים. המחקר הוביל לכמה מסקנות מרכזיות החשובות לתכנון של מעברים אקולוגיים. נמצא בין השאר כי כשמדובר ביונקים גדולים כמו צבאים, מעברים אקולוגיים המשמרים שטח פתוח העובר מתחת לגשר דרכים גבוה עדיפים על מעברים עיליים העוברים מעל הכביש ועל מעברים תחתיים העוברים בצינור רחב או מנהרה. החוקרים הראו גם כי לגידור של השטח המוביל אל המעבר האקולוגי יש השפעה חיובית ברוב המקרים על השימוש במבנה. מסקנה חשובה נוספת היא כי למבנים המיועדים לשימוש חיות בר בלבד יעילות גדולה הרבה יותר מזו של מבנים המשמשים לצרכים נוספים כגון ניקוז מים או מעבר של כלי רכב חקלאיים, במיוחד לטורפים גדולים כמו זאבים הנרתעים מנוכחות האדם.

ממצא מרכזי הנוגע לתכנון המבנה הוא היתרון הברור של חומרים טבעיים כגון עץ או סלעים על פני בטון ומתכת, במיוחד כשמדובר במעברים לזוחלים ודו-חיים; צורות קשתיות או מעוגלות על פני מעבר ריבועי; וכן כיסוי צמחייה בשטח המוביל למעברים התחתיים, שכן זו מעודדת את השימוש על ידי אוכלי עשב ומינים נוספים. ממצא מפתיע העולה מהמחקר הינו כי מעברים אקולוגיים צרים וארוכים ולא דווקא רחבים וקצרים, עדיפים כאשר מדובר ביונקים קטנים, למשל קיפודים. “ממצאים אלו,” מסכם דנבום, “יספקו לגופי התכנון ושמירת הטבע בישראל ובעולם בסיס מדעי חיוני לתכנון מעברים אקולוגיים יעילים שיאפשרו את המשך קיומם של מינים רבים שבית גידולם נקטע על ידי הכבישים. ההתייחסות למכלול הגורמים האמורים בתהליך התכנון והניהול של מבנים אלו תבטיח את מימוש מטרתם של המעברים האקולוגיים – שמירת הטבע והסביבה.”

לדברי פרופ’ שוורץ, “המחקר הנוכחי הוא חלק מסדרה של מחקרים הנערכים במעבדה לחקר האדם והמגוון הביולוגי בפקולטה לארכיטקטורה בטכניון כדי להבין טוב יותר כיצד אפשר לתכנן שטחים פתוחים שיתפקדו כמסדרונות אקולוגיים יעילים המאפשרים מעבר של מינים בין שמורות הטבע.”

למאמר ב-  Science of The Total Environment

דירת 140 מ”ר עם נוף לים ברובע עירוני תוסס. זה נשמע כמו חלום נדל”ני מתוק במיוחד. עכשיו תדמיינו את החלום הזה צף על המים עם רחש הגלים. עדיין קורץ אבל כבר יותר מורכב.

המורכבות הזאת קרצה לחוקר (מהנדס) ולאדריכל הימי ד”ר גיל ואנג, שמחקר הדוקטורט שלו עסק בבחינת ההיתכנות של הקמת מבני מגורים בים. תחת הכותרת “מבנים מודולריים צפים – הוכחת היתכנות לפיתוח עירוני בים” התמודד ואנג עם האתגר ההנדסי והאקולוגי שפרויקט שכזה מזמן. מחקר זה, שנערך בהנחיית פרופ”ח יסכה גולדפלד, פרופ”ח נתאי דרימר ופרופ”ח יחיאל רוזנפלד, יזכה אותו ביום שני הקרוב בתואר דוקטור לפילוסופיה מהטכניון.

מבחינת האתגר ההנדסי, הבחירה לבחון היתכנות של מגורים הגדילה את המאמץ. ואנג מספר שבתחילת הדרך חשב לבחון היתכנות של בניית פרויקטי תשתית בים, אבל לטעמו מדובר באתגר מצומצם יחסית. מגורים, בניגוד למבנים כמו מאגרי דלקים או תחנות כוח, דורשים התאמה לגבלות הגזרה של נוחות אנושית. איש לא ירצה לגור בדירה שעולה ויורדת עם גלים של 8 מטרים. “ברמת הטכנולוגיה אפשר לבנות פרויקט תשתית בים כבר מחר, אבל השאלה שעמדה מולי עיניי היתה איך יוצרים מערכת מבנית שיודעת להתמודד עם גלים ומספקת תחושת מגורים דומה לתחושת המגורים בחוף,” הוא מסביר.

ההצעה של ואנג מתמודדת עם אתגרים כגון גלים של פעם במאה שנה, שימור תחושת הנוחות היומיומית וההשפעות האקולוגיות של בנייה בים. לכן, בניגוד לפרויקטים שנבנו בים על קרקע מיושבת או מיובאת וכך יצרו בעיות אקולוגיות עד כדי פגיעה בסביבות ימיות, המחקר של ואנג מתמקד בבנייה מאלמנטים שצפים על פני הים. כך הם מאפשרים לאור השמש לחדור לים וגם לא משנים את משטרי הזרימה – בעיקר את זרימת החול בקרקעית הים.

למחקר הדוקטורט הגיע ואנג אחרי שמונה שנים שבהן עבד כאדריכל ימי במשרד לתכנון מגה-יאכטות בהולנד. עם חזרתו לישראל רצה להמשיך לעסוק בתכנון כלי שיט. זאת מתוך תפיסה שמדובר בתעשייה שמתאימה לישראל כיוון שהבנייה בפועל יכולה להתקיים בכל מקום בעולם. הוא פנה למכון הישראלי לחקר הנדסה ימית בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון ושם הוצע לו לחקור את הנושאים הקרובים לליבו במסגרת דוקטורט ישיר. “אחרי שתכננתי יאכטות בעלויות של 400 מיליון יורו לפרויקט הבנתי שמדובר בעולם טכנולוגי שהוא מאתגר אבל הכול בו אפשרי. בחברה בהולנד נהגו לומר שאין בעיות הנדסיות אלא יש אתגרים שאפשר לפתור. את התפיסה הזו הבאתי גם למחקר.”

ואנג מתכנן לצאת בקרוב למחקר פוסט-דוקטורט בנושא “ערים חכמות לא שקועות” שיתמקד בחלק מסוים ממחקר הדוקטורט – יצירת שוברי גלים צפים מספינות ישנות שסיימו את תפקידן. כיום ספינות כאלה מובלות למזרח אסיה ושם הם מפורקות ויוצרות בעיה סביבתית. המחקר העתידי של ואנג יבדוק את היתכנות השימוש המחודש בספינות אלה כפתרון להתמודדות עם עליית פני הים ועם הצורך בהרחבת שטחי המגורים.