חוקר את תחום האלקטרוניקה האורגנית, הידועה גם בשם “אלקטרוניקת פלסטיק”

אריאל חוקר את תחום האלקטרוניקה האורגנית, הידועה גם בשם “אלקטרוניקת פלסטיק”. מדובר בענף צעיר יחסית בתחום האלקטרוניקה, המבוסס על חומרים אורגניים בדומה לשקיות הניילון המוכרות מחיי היומיום ושטרות הכסף החדשים (20 ש”ח). באופן מפתיע גילו מדענים כי לחלק מחומרים אלו תכונות חשמליות מניינות המאפשרות לנו להשתמש בהם על מנת לייצר רכיבים אלקטרוניים שונים מאלו המוכרים לנו מהאלקטרוניקה ה”מסורתית” הקשיחה והכבדה. האלקטרוניקה האורגנית עשויה מחומרים גמישים וקלים ותולים בה תקוות רבות למגוון רחב של אפליקציות בהם מסכי טלפון סלולרי חכם כמו זה המוכר לנו מסדרת “סמסונג גלקסי”, נייר אלקטרוני קל וגמיש שיחליף את העיתונים החד פעמיים, מסכי טלוויזיה ותאורה גמישים דקיקים וקלים, יריעות פלסטיק נגללות שישמשו כתאים סולריים לכל דבר, שתלים רפואיים שיתאימו את צורתם לגוף האדם – והדוגמאות רבות.

הטרנזיסטור, המתג האלקטרוני,  הוא ההתקן האלמנטרי ביותר שעומד בבסיס מערכות חישוב אלקטרוניות; מיליוני טרנזיסטורים מאפשרים את יכולות החישוב שבצ’יפ מחשב אופייני. מחקרם של אריאל בן-ששון ופרופ’ ניר טסלר, המתבצע במעבדה לאלקטרוניקה אורגנית בטכניון, מתרכז בפיתוח משפחה חדשה של טרנזיסטורים אורגניים אשר להם ארכיטקטורה אנכית השונה מהותית מזו המוכרת בעולם כיום והמכונה – Vertical Organic Field Effect Transistor או בקיצור VOFET. בין היתרונות הגלומים בתכנון החדשני – פשטות הכנה וצריכת אנרגיה נמוכה במיוחד החשובה באופן קריטי לאלקטרוניקה ניידת כגון זו המצויה במסכי טלפונים הסלולריים והטבלטים.

בבסיס התכנון החדשני שולטת התפיסה כי ניתן לייצר צורות ומבנים שונים ע”י הנדסה של המולקולות המרכיבות את החומר כך שיתארגנו באופן הרצוי במקום לפסל צורות אלו באופן מלאכותי. באמצעות תפיסה זו מתאפשר לחוקרים להכין התקנים שגודלם הסטנדרטי נמדד בעשרות ננו-מטרים, או אחד חלקי מאה מיליון של המטר – וכל זאת, ללא הצורך בטכנולוגיות היקרות הנפוצות היום בתחום המיקרואלקטרוניקה.

בשטרסבורג הדגים אריאל את השיטות באמצעותן ניתן לשלוט במבנה הננו-מטרי של ה VOFET וכמו כן הציג לראשונה תמונה שלמה של המנגנונים הפיזיקליים השולטים בהתנהגותו. כחלק מהמחקר הוצגו  טרנזיסטורים אשר צריכת ההספק שלהם נמוכה משמעותית מזו של התקנים עמיתים ובנוסף כאלה המסוגלים לספק זרם רב המאפשר את שימושם כמתגים להתקנים פולטי אור.

בתמונה: אריאל בן ששון. צילום: דוברות הטכניון

נציגי 60 חברות מובילות במשק הישראלי גייסו כאלפיים עובדים, סטודנטים מכל הפקולטות הנלמדות בטכניון, ביריד התעסוקה הגדול בעשור האחרון. היריד התפרס על פני 141 ביתנים בשדרה המרכזית של הקמפוס.

“איני מופתע מהביקוש הגדל והולך לסטודנטים ולבוגרים שלנו”, אמר נשיא הטכניון, פרופסור פרץ לביא, בסיור ביריד. הוא התמקד בביקורו בעיקר בחברות הזנק ואמר שהן מבטאות יותר מכל את הרוח הישראלית של יזמות וחדשנות. “רק אתמול פתחנו מרכז מחקר חדש לאינטליגנציה חישובית עם חברת “אינטל” ועם האוניברסיטה העברית. לא בכדי חברות בינלאומיות פותחות בישראל מרכזי מחקר, שכן המוצרים המובילים שלהן נולדו ופותחו בישראל. זו גם הסיבה שעירית ניו יורק בחרה בטכניון ביחד עם אוניברסיטת קורנל להקים בלב מנהטן מרכז מחקר הנדסי-מדעי-יישומי”.

“אנו רואים בבירור גידול מתמשך במספר החברות המשתתפות ביריד התעסוקה בטכניון בשנים האחרונות, דבר המעיד על שיפור משמעותי במצבה של התעשייה המתקדמת בישראל ועל החשיבות שמייחסות חברות אלה לסטודנטים ולבוגרי הטכניון”, אמרה דיקנית הסטודנטים בטכניון, פרופסור מיכל גרין. “היריד הגדול מוכיח לסטודנטים שלנו כי השקעתם הרבה בלימודים נושאת פרי ומהווה הזדמנות חשובה לחברות השונות לקלוט כוח אדם איכותי ומוכשר. שיתוף הפעולה בין התעשייה והטכניון גדל ומתעצם והיריד הגדול הוא אחד הביטויים המובהקים לשיתוף פעולה זה”.

בצד החברות הגדולות והמובילות בתחומי ההי-טק, השתתפו ביריד גם חברות הזנק קטנות. המקצועות המבוקשים הם מכל 18 הפקולטות הטכניוניות.

בתמונה: נשיא הטכניון, פרופסור פרץ לביא, עם דיקנית הסטודנטים, פרופסור מיכל גרין, בביקורם ביריד. צילום: יואב בכר, דוברות הטכניון

חוקרי הטכניון והמרכז הרפואי רמב”ם הצליחו לראשונה לקחת תאי עור מחולי לב ולתכנת אותם מחדש לכדי תאי שריר לב חדשים ובריאים, שביכולתם להשתלב ברקמת לב קיימת. כך מפרסם היום כתב העת המדעי European Heart Journal. לדברי עורכו, פרופסור תומס לישר, פריצת הדרך פותחת אפשרות   עתידית לטיפול בחולי לב באמצעות hiPSCs – תאי גזע אנושיים מושריים פלוריפונטיים [תאים בעלי פוטנציאל  להתמיין לכל תא בגוף] .

החוקרים, פרופסור ליאור גפשטיין והדוקטורנטית לימור צבי-דאנטסיס מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט ועמיתיהם, אומרים כי מאחר שמקורם של התאים המתוכנתים-מחדש במטופל עצמו, תימנע דחייתם על ידי המערכת החיסונית, שבמקרים אחרים מתייחסת לתאים מושתלים כאל ‘גורם זר’. עם זאת, החוקרים מזהירים כי נותרו מספר רב של משוכות שיש לצלוח לפני שיהיה אפשר לבחון שימוש  בהשתלת תאים אלו כטיפול אפשרי בחולי לב והתהליך האמור ידרוש לפחות חמש עד עשר שנים לפני תחילת ניסויים קליניים אפשריים.

התפתחויות מהשנים האחרונות בביולוגיה של תאי גזע ובהנדסת רקמות מאפשרות  לחוקרים לשקול דרכים לשימור ותיקון שריר לב באמצעות תאים חדשים, אולם אחת הבעיות העיקריות היא המחסור במקורות להפקת תאי שריר לב אנושי, וכן בעיית הדחייה על ידי מערכת החיסון. מחקרים מהשנים האחרונות הראו שניתן לתכנת מחדש תאים בוגרים במעבדה לשם יצירת תאי גזע מושריים ותאי גזע אלו עשויים להתמיין לתאי לב. עם זאת, עדיין לא הוכח כי ניתן ליצור באופן דומה תאי גזע מושריים מחולים מבוגרים עם מחלת לב מתקדמת..

“מה שחדש במחקר שלנו הוא שהראינו כי אפשר לקחת תאי עור מחולים מבוגרים הסובלים מכשל לב מתקדם,  ולהפוך אותם לתאי לב פועמים, בריאים וצעירים, השייכים לחולה עצמו, בצלוחית מעבדה”, הדגיש פרופסור גפשטיין. “תאים אלה הם המקבילה למצב תאי הלב שלו כשהוא נולד.”

החוקרים לקחו תאי עור משני גברים הסובלים מאי-ספיקת לב, ותכנתו את התאים באמצעות החדרת שלושה גנים או “פקטורי שיעתוק. קוקטייל-תיכנות זה, חשוב לציין, לא כלל את פקטור-השיעתוק המכונה c-Myc, אשר שימש בעבר ליצירת תאי גזע אך ידוע כגן הגורם לסרטן.

“אחד המכשולים בשימוש קליני ב- hiPSCs בבני אדם הוא הסכנה שהתפתחות התאים תצא משליטה והם יהפכו לגידול,” מסביר פרופסור גפשטיין. “סכנה זו נובעת מכמה גורמים, ביניהם הפקטור האונקוגני c-Myc, והאינטגרציה האקראית לתוך ה-DNA של הווירוס המשמש להעברת פקטורי-השעתוק – תהליך הידוע כ’אונקוגנזיס החדרתי’ (insertional oncogenesis)”.

החוקרים השתמשו גם באסטרטגיה חליפית, הכוללת וירוס המעביר מידע של תיכנות-מחדש לתוך גרעין התא, אבל ניתן להסירו בהמשך אחר כך כדי למנוע אונקוגנזיס החדרתי.

במהלך המחקר, החוקרים גרמו להתמיינות תאי הגזע המושריים של החולים ליצירת רקמת לב פועמת במעבדה.. איפיון של תאי הלב הנוצרים הראה שתאים אלו לא שונים משמעותית בתכונותיהם מתאים שהתקבלו במורה דומה מנבדקים בריאים וצעירים.

בהמשך, בחנו החוקרים את יכולת של רקמת הלב שנוצרה להשתלב בתוך רקמת לב קיימת. לשם כך גדלו החוקרים את תאי הלב הנוצרים ביחד עם רקמות לב קיימות. תוך 24-48 שעות, הרקמות פעמו יחד. “הרקמה התנהגה כמו רקמת לב מיקרוסקופית, העשויה מכאלף תאים בכל אזור-פעימה,” אמר פרופסור גפשטיין.

לבסוף, הרקמה החדשה הושתלה בלבבות של חולדות בריאות, והחוקרים גילו כי הרקמה המושתלת החלה ליצור קשרים עם תאי הרקמה המארחת.

“במחקר הזה הראינו לראשונה כי אפשר ליצור hiPSCs מרקמות של חולי לב – המייצגים את קהל היעד לאסטרטגיות עתידיות של  טיפול תאי באמצעות התאים הללו – ו’לשכנע’ אותם להתמיין לתאי שריר לב המסוגלים להשתלב ברקמת לב ‘מארחת’,” אמר פרופסור גפשטיין. “אנו מקווים כי תאי לב שמקורם בתאי הגזע המושריים האנושיים לא יידחו בעקבות השתלתם באותם חולים שמהם הם נלקחו. האם כך יקרה? שאלה זו עומדת במוקד מחקרים רבים בעולם. אחד המכשולים במחקר בנושא זה, בשלב הנוכחי, הוא שאנחנו יכולים רק להשתיל תאים אנושיים בחיות, ולכן עלינו להזריק לחיות תרופות המדכאות את מערכת החיסון כדי שגופן לא ידחה את התאים.”

כדי לתרגם את התוצאות הללו לכדי טיפול קליני בחולי לב נחוץ עוד מחקר רב. “ישנם מספר רב של מכשולים בדרך לתרגום הקליני,” אמר פרופסור גפשטיין, “ביניהם: הגדלה כמותית של מספר התאים, לכמות שתהיה רלוונטית מבחינה קלינית; פיתוח אסטרטגיות השתלה שיגבירו את הפוטנציאל של התאים המושתלים לשרוד, להתפתח, להשתלב ולהתחדש; פיתוח הליכים בטוחים שיבטלו את הסיכונים להתפתחות סרטן או בעיות עם קצב הלב; המשך הבדיקות בחיות; ומימון תעשייתי נרחב, מאחר שמדובר במיזם יקר מאוד. אני משער שיידרשו לפחות חמש עד עשר שנים עד לניסויים קליניים, אם נוכל להתגבר על הקשיים האמורים.”

פרופסור גפשטיין ועמיתיו ימשיכו לחקור כמה מהתחומים האלה, לרבות הערכה של השימוש בתאי גזע מושריים לצורך בריפוי תאי והנדסת רקמות לתיקון לב פגוע במודלים של לב כושל בחיות, חקירת הפרעות לב תורשתיות, ופיתוח ובדיקה של תרופות.

עורך כתב העת European Heart Journal, פרופסור תומס לישר, שהוא פרופסור ויו”ר בית החולים האוניברסיטאי ציריך ומנהל המחקר הקרדיו-וסקולרי במכון לפיזיולוגיה באוניברסיטת ציריך, שוויץ, אמר כי “כתב העת גאה לפרסם את המחקר המלהיב הזה, הפותח דלת לגישה חדשה ברפואה רגנרטיבית.”

פרופסור ליאור גפשטיין הוא פרופסור לרפואה (קרדיולוגיה) ופיזיולוגיה במעבדת המחקר ע”ש סוניס לאלקטרו-פיזיולוגיה של הלב ולרפואה רגנרטיבית בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון ובמרכז הרפואי רמב”ם.

מנכ”ל גוגל לארי פייג’ הכריז היום כי גוגל תקצה כ-2,000 מ”ר ממשרדי החברה בניו יורק למיזם קורנל-טכניון (CornellNYC), עד שהאוניברסיטה תשלים את בניין הקמפוס ברוזוולט איילנד. הוא דיבר במסיבת עיתונאים שהתקיימה בגוגל ניו יורק יחד עם ראש עיריית ניו יורק מייקל בלומברג, נשיא בלומברג דייוויד סקורטון ונציג הטכניון חיים גוטסמן. השטח האמור יאפשר לקורנל לייצר נוכחות בניו יורק בקרבת חברות ההיי-טק והיזמים שאיתם היא תשתף פעולה. ההסכמה האמורה מייצגת את מחויבותם של גוגל, קורנל, הטכניון והעיר ניו יורק לחינוך ולפיתוח הכישורים הטכנולוגיים בעיר.

גוגל תספק לקורנל בתחילה 2,040 מ”ר של משרדים ב-1 ביולי 2012, ללא עלות, למשך חמש שנים וחצי, או עד להשלמתו של הקמפוס ברוזוולט איילנד – מה שיקרה קודם. בנוסף, קורנל תוכל להתרחב לכ-5,400 מ”ר במשך חמש שנים, במקביל לבניית הנוכחות בעיר ניו יורק.

“אני מצפה בכליון עיניים לפריצות דרך במדע ובהנדסה, שכן הטכנולוגיה הניעה רבות מההתפתחויות שהאנושות השיגה,” אמר מנכ”ל גוגל לארי פייג’. “עם זאת, עדיין אין לנו מספיק אנשים העובדים בתחומים אלו. זו הסיבה שאני שמח מאוד שגוגל מספקת לקורנל את שטחי המשרדים שיאפשרו לה ‘להרים’ את האוניברסיט ההנדסית החדשה שלה, ו’לרוץ’ בעיר ניו יורק.”

“בקרוב נגלה מה קורה כשאתה מתחתן עם אחת החברות החדשניות בעולם, באחד המיזמים הכלכליים החדשניים ביותר שהעיר לקחה על עצמה,” אמר ראש העירייה בלומברג. “כשחשבנו לראשונה על מיזם המדעים הישומיים, קיווינו כי המוסד שיזכה להקים אותו יקיים קשרים הדוקים עם מגזר ההיי-טק, אבל הסינרגיה עם גוגל חורגת מכל מה שיכולנו לדמיין. CornellNYC עתיד להשתלב באופן מלא בתעשיית ההיי-טק התוססת של העיר, ותמיכתה של גוגל היא הבעת אמון נוספת וכבירה בתעשייה זו. עד לפני שנים ספורות, מגזר ההיי-טק בניו יורק היה כמעט שקוף, ואילו עכשיו הוא מייצר משרות והופך לשחקן מרכזי בכלכלתנו המגוונת.”

“אנו גאים להשיק את CornellNYC במה שהופך למרכז ההיי-טק העולמי,” אמר נשיא קורנל דייוויד סקורטון. “הרכיב שחסר עד כה הוא צינור שיזרים כשרונות היי-טק מבריקים, וזה מה שהקמפוס החדש יספק. בהסתמך על חזונו של ראש העירייה בלומברג אנו יוצרים מודל אקדמי חדש ההולם את הזמן, המקום והתעשייה הללו. המפתח הוא מחויבות בין גורמים מובילים בעולם – מוסדות אקדמיים, חברות ומשקיעים בשלב מוקדם – שישמשו זרזי חדשנות. זו הסיבה שאנו בונים על רוזוולט איילנד, וזה מה שיקרה כאן החל מהסתיו הקרוב הודות לגוגל.”

“אנו מאושרים להשיק את התוכניות המלהיבות שלנו עם אוניברסיטת קורנל בבניין גוגל. החלל הזה מספק לנו סביבה אופטימלית לחינוך ולטיפוח כישורים טכנולוגיים. זהו צעד משמעותי לקראת הגשמת חזונו של ראש העירייה בלומברג: לזרוע את העיר ביזמים ובסטארט-אפים. אנחנו בטכניון סמוכים ובטוחים ששותפותנו האקדמית עם אוניברסיטת קורנל תסייע לעיר לבנות את המערכת האקולוגית הזאת, ולדחוף קדימה את המגזר הזה בכלכלת העיר,” אמר נשיא הטכניון פרץ לביא.

עליה של 55% בביקוש לסטודנטים בטכניון. נציגי 60 חברות מובילות במשק הישראלי יראיינו ביום רביעי השבוע (23.5.12) אלפי סטודנטים מכל הפקולטות הנלמדות בטכניון, ביריד התעסוקה הגדול בעשור האחרון. היריד יתפרס על פני 141 ביתנים בשדרה המרכזית של הקמפוס.

“אנו רואים בבירור גידול מתמשך במספר החברות המשתתפות ביריד התעסוקה בטכניון בשנים האחרונות, דבר המעיד על שיפור משמעותי במצבה של התעשייה המתקדמת בישראל ועל החשיבות שמייחסות חברות אלה לסטודנטים ולבוגרי הטכניון”, אמרה דיקנית הסטודנטים בטכניון, פרופסור מיכל גרין. “היריד הגדול מוכיח לסטודנטים שלנו כי השקעתם הרבה בלימודים נושאת פרי ומהווה הזדמנות חשובה לחברות השונות לקלוט כוח אדם איכותי ומוכשר. שיתוף הפעולה בין התעשייה והטכניון גדל ומתעצם והיריד הגדול הוא אחד הביטויים המובהקים לשיתוף פעולה זה”.

לדברי ברוריה זומר-פדידה, ראש יחידת התעסוקה בלשכת דיקן הסטודנטים, הפעם ישתתפו ביריד לראשונה 14 חברות חדשות שלא השתתפו בו בעבר בצד חברות המופיעות בכל יריד ויריד כמו אינטל, אלביט, מיקרוסופט, HP, טבע וישקר. כן בולטת השתתפותם של השב”כ והמוסד, זו הפעם השניה ברציפות. חברת “רפאל” מביאה ליריד דגם של “כיפת ברזל”. השנה בולטת השתתפותן של חברות פיננסיות כמו “בלומברג” (המחפשת סטודנטים ובוגרים במדעי המחשב) וחברות ייעוץ וניהול פרוייקטים. בין החברות שזו להן השתתפותן הראשונה ביריד נמצאת “קונטי”, חברת הבניה, ההנדסה והתשתיות מהגדולות בארה”ב, המחפשת סטודנטים ובוגרים מהנדסה אזרחית, הנדסה סביבתית, הנדסת מכונות והנדסת חשמל.

בצד החברות הגדולות והמובילות בתחומי ההי-טק, משתתפות ביריד גם חברות הזנק קטנות. המקצועות המבוקשים הם מכל 18 הפקולטות הטכניוניות.

חוקרי הטכניון הדגימו שיטה חדשנית המאפשרת שיפור משמעותי ברזולוציה (יכולת ההפרדה בין פרטים) של מיקרוסקופים. כך מדווח כתב העת המדעי היוקרתי Nature Materials. שיטה זו מבוססת על אלגוריתמים חדשניים ומהווה, להערכת מדענים, “פריצת דרך עם פוטנציאל לשנות את עולם המיקרוסקופיה, מערכות ההדמאה, ומערכות מדידה אופטיות נוספות”. השיטה מעוררת עניין רב, הן בעולם המדעי והן בתעשייה.

“כאשר אתה מסתכל במיקרוסקופ אופטי על תמונה שבה פריטים (אינפורמציה אופטית) קטנים מחצי אורך גל של האור – אתה בהכרח רואה תמונה מטושטשת”, מסביר פרופסור מחקר מוטי שגב מהפקולטה לפיסיקה בטכניון. “זה נובע מכך שחלק מן האינפורמציה מפריטים מאוד קטנים לא מתפשטת במרחב ולכן לא מגיעה לעין או למצלמה במיקרוסקופ. כיום משתמשים במספר שיטות כדי להגיע לרזולוציה מתחת לחצי אורך הגל, אך כולן דורשות סריקה נקודה-נקודה של האובייקט. לכן, שיטות אלה טובות רק לאובייקט סטטי, אשר אינו משתנה במהלך הסריקה”.

מדענים ניסו במשך שנים רבות לבדוק האם ניתן לשחזר את המידע שהלך לאיבוד בין האובייקט למצלמה של המיקרוסקופ. במילים אחרות: אם אתה דוגם את התמונה המטושטשת – האם יש לך אפשרות לשחזר את המידע על ידי שימוש ברעיונות מתורת המידע? עד כה לא הצליחו המדענים לשחזר את המידע הזה. הסיבה העיקרית  לכך היא רעש: פיזורים אקראיים של אור, אשר אינם קשורים לתמונה (אלא, למשל, נובעים מהחזרות ממשטחים ממחוספסים במיקרוסקופ) מנעו עד כה שחזור פריטים הקטנים מחצי אורך הגל ממדידות של התמונה המטושטשת.

עתה הציגו קבוצת חוקרי הטכניון שיטה חישובית פורצת דרך לשיפור רזולוציה של מיקרוסקופים אל מתחת לחצי אורך הגל של האור. הפרויקט הצליח במידה רבה כתוצאה משיתוף פעולה בין מספר קבוצות מחקר מארבע פקולטות שונות בטכניון (קבוצותיהם של פרופסור מוטי שגב ושל דוקטור אורן כהן מפיסיקה, של פרופסור יונינה אלדר מהנדסת חשמל, של פרופסור עירד יבנה וד”ר מיכאל ציבולבסקי ממדעי המחשב, ושל פרופסור שי שוהם מהנדסה ביו רפואית).

 “אנו מחפשים את השחזור אשר מקיים שתי דרישות: התאמה לתמונה המטושטשת ומינימיזציה של דרגות החופש”, מסביר פרופסור שגב. “הדרישה השנייה קשורה להבנה על ייצוג קומפקטי (דליל) של אינפורמציה ולאפקט הנגרם ע”י רעש במערכת מדידה. רעש אקראי מאכלס את כל דרגות החופש, בעוד שאינפורמציה מאכלסת מספר דרגות חופש נתון ואף פעם לא את כל דרגות החופש. במקרים רבים יש מידע מוקדם כלשהו על האינפורמציה. עקרונית – במצב כזה ניתן לייצג את האינפורמציה בצורה קומפקטית, כך שמתמטית היא מיוצגת ע”י מספר קטן של היטלים על פונקציות בסיס הפורשות את כל האפשרויות למידע במרחב. במצב כזה נאמר שהאינפורמציה מיוצגת בצורה דלילה, ומספר דרגות החופש שהיא מאכלסת הוא קטן. כללית, במקרים רבים ניתן לייצג אינפורמציה בצורה קומפקטית. דוגמא ידועה לכך היא כווץ קבצים ע”י שימוש ב-JPEG, אשר מהווה שיטה לייצוג קומפקטי ע”י היטל על בסיס בו המידע מיוצג בדלילות”.

קונספט חדשני זה לשיפור רזולוציה במיקרוסקופיה ע”י ניצול ייצוג של התמונה בבסיס נכון בו התמונה דלילה, פותח ע”י הפרופסורים מוטי שגב מהפקולטה לפיסיקה ויונינה אלדר מהפקולטה להנדסת חשמל, המשתלמים שניר גזית ויואב שכטמן והפוסט-דוקטורנט אלכס צמיאט – כיום פרופסור באוניברסיטה של יינה (Jena) בגרמניה.  הרעיון הודגם עקרונית לראשונה  ב-2009. עם זאת, מיצוי מלוא הפוטנציאל לשיפור הרזולוציה הצריך מדידת הפאזה של האור המגיע למצלמה במיקרוסקופ. מדידת פאזה מתבצעת בשיטות המבוססות על התאבכות (שיטות אינטרפרומטריות) אשר מסבכות את המערכת מאד ומגבילות את יישומי השיטה.

לפני כשנתיים הציע ד”ר אורן כהן להוסיף נדבך חשוב לאלגוריתם אשר למעשה מחליף את הצורך במדידת הפאזה, ולקבל שיחזור תמונות ברזולוציה טובה מחצי אורך הגל, מתוך מדידת עוצמה בלבד (ע”י שימוש במצלמה רגילה). למעשה, ד”ר כהן הציע לחבר שני כיווני מחקר – את הרעיון של הפרופסורים שגב ואלדר להדמאה ברזולוציה מתחת לאורך הגל ואת התחום של “הדמאה ללא עדשה”, בו משחזרים תמונות בצורה אלגוריתמית (חישובית) ממדידות של עוצמת האור במרחק גדול מאד מהתמונה. תחום זה – של הדמאה ללא עדשה – הפך לאחרונה לתחום מאוד חשוב במדע. עם סיום בניית שלושה לייזרי פולסים קצרים בתחום קרני X (בארה”ב, גרמניה ויפן) בעלות של מיליארד דולר ללייזר, חוקרים מתכננים להשתמש בהדמאה ללא עדשה על מנת למדוד את המבנה של מאות אלפי מולקולות בודדות (מולקולות אשר אינו ניתנות לגיבוש למבנה מחזורי). הבנת המבנה של מולקולות אלו יסלול את הדרך עבור כימאים, ביולוגים ורופאים להבנת תהליכים ביולוגיים רבים ברמה המולקולרית.    עד כה – הרזולוציה של כל שיטות ה”הדמאה ללא עדשה” – בכל המאמצים המחקריים בעולם – הייתה מוגבלת לפריטים הגדולים מאורך הגל. אולם, השיטה שפותחה כעת ע”י חוקרי הטכניון יכולה להביא לשיפור מהפכני בכל תחום ה”הדמאה ללא עדשה” ולאפשר מדידת מבנה  של מולקולות המשתנות בצורה דינמית.

קבוצת המחקר הטכניונית הדגימה בניסויים שחזור של פרטים הקטנים מאורך הגל לפחות פי חמש, מתוך מדידה בודדת של עוצמת האור במישור המוקד של עדשת המיקרוסקופ. עבודת המחקר פורסמה בכתב העת היוקרתי         Nature Materials .  עיקר עבודת המחקר נעשתה ע”י פוסט-דוקטורנט אלכס צמיאט, והמשתלמים יואב שכטמן ואלי אושרוביץ. בניסויים, אשר בוצעו ע”י אלכס צמיאט והוד דנה (משתלם בפקולטה להנדסה ביו-רפואית), הודגמו שחזורים של אובייקטים עם פריטים אופטיים בגודל 100 ננומטרים ע”י קרינה באורך-גל של 530 ננומטרים. לשם השוואה, ללא שימוש  בשיטה  החדשנית, הרזולוציה במיקרוסקופ זה מוגבלת לפריטים הגדולים מ- 300 ננומטרים.

כפי שמתואר לעיל, החלק העיקרי במחקר הינו פיתוח האלגוריתם לשחזור המידע החסר: (א) שיחזור הפאזה של האור הנמדד במצלמה ו- (ב) שיחזור החלק של האינפורמציה האופטית אשר אינו מגיע כלל למצלמה (המידע על פריטים הקטנים מחצי אורך הגל). האלגוריתם הראשוני, אשר פותח ע”י אלעד בולקיש, אשר בזמן המחקר היה סטודנט לתואר ראשון, ויואב שכטמן, התבסס על איחוד טורי של אלגוריתם לשחזור פאזה ואלגוריתם לשחזור מידע שאובד במעבר בין האובייקט למצלמה. בהמשך, אלי אושרוביץ פיתח אלגוריתם מוצלח בהרבה אשר שיחזר את שני סוגי ה”אינפורמציות החסרות” במקביל, נתן קפיצת מדרגה בביצועים ואיפשר טיפול במגוון רחב של תמונות.

חוקרי הטכניון פועלים כעת לפתוח שיטות דומות לשיפור רזולוציה של מערכות מדידה נוספות. למשל, המשתלם פבל סידורנקו הדגים לאחרונה את שבירת מחסום הרזולוציה של ספקטומטר (מכשיר המודד את התדרים של הקרינה) ולשחזר מידע ספקטראלי ברזולוציה טובה יותר מהגבול הבסיסי (פרק הזמן בו שוהה פוטון בתוך מכשיר המדידה). החוקרים מקווים שפיתוחים אלו יובילו לשיפור מערכות ספקטראליות אשר, למשל, משמשות למדידת מזהמים באוויר או במים, חיפוש חומרי נפץ, ועוד.

פרופסור מחקר יצחק אפלויג, לשעבר נשיא הטכניון, קיבל תואר “עמית כבוד” מהמכללה האקדמית להנדסה בירושלים. בעת כהונתו כנשיא הטכניון קידם פרופסור אפלויג שיתוף פעולה אקדמי בין המכללה לטכניון. הוא אמר באירוע כי הטכניון רואה בחיזוקה של ירושלים משימה לאומית.

פרופסור אפלויג קיבל את התואר על פעילותו הרבה כנשיא הטכניון בחיזוק הקשר עם המכללה, בכינון שיתוף פעולה עמה ובחיזוק הקשר של הטכניון עם צעירות וצעירים ירושלמים הלומדים טכנולוגיה, מדעים והנדסה. בעקבות פעילותו גדל באופן ניכר מספרם של הירושלמים הלומדים הנדסה בטכניון.

בתמונה: פרופסור אפלויג (מימין) מקבל את התואר מידי יו”ר חבר הנאמנים של המכללה ויו”ר החברה לישראל, אמיר אלשטיין. צילם: אביתר ניסן

הטכניון בשיתוף עם האוניברסיטה העברית ומכון המחקר Max Delbruck Center – Berlin (MDC-Berlin),  אוניברסיטת הומבול  והמרכז הרפואי “שריטה ברלין ” זכה במענק תחרותי בסך 1.8 מליון יורו להקמת תוכנית בינלאומית למשתלמים לדוקטורט “SignGene”. התוכנית בחסות אגודת המדע הגרמנית הלמהולץ (Helmholtz), היא מהראשונות מסוגה באירופה ותהווה תוכנית מצוינות אשר תקלוט סטודנטים מצטיינים במדעי החיים והרפואה בדגש על הולכת אותות תאיים, בקרת ביטוי גנטי, ביולוגיה כמותית ומערכתית וביו-רפואה.

מטרת בית הספר היא לחנך את דור העתיד של החוקרים האירופאים והישראלים המובילים, תוך מתן דגש על השכלה רחבה; ניסיונית, מעשית ותאורטית בשטחים  מולטידיסיפלינריים במרווח  שבין ההנדסה, ביולוגיה חישובית ומדעי החיים.

סטודנטים אשר יתקבלו לתוכנית, יונחו ע”י צוות מנחים משותף, ישראלי וגרמני ויישהו כחלק אינטגרלי מהתוכנית, הן בחיפה, ירושלים, וברלין. בנוסף, התוכנית תכלול “בית- ספר קיץ” וכינוסים בינלאומיים הן בישראל והן בגרמניה בהם יחשפו התלמידים למדענים מובילים בעולם בשטחי התוכנית.

התוכנית תכלול השתלמות בנושאים החיוניים למדענים עתידיים כמו; כתיבה מדעית  ושיטות לניהול קבוצות מחקר.

בתוכנית הנוכחית כ- 25 קבוצות, מחציתן מ- MDC. מהטכניון משתתפות הקבוצות הבאות:

בפקולטה לרפואה מהמרכז לחקר הסרטן: פרופ’ אהרן צ’חנובר, פרופ’ ישראל ולודבסקי, פרופ’ גרא נויפלד וד”ר אמיר אורין. מהפקולטה לביו-רפואה: פרופ’ עמית מלר. מהפקולטה לביולוגיה: פרופ’ מיכאל גליקמן ופרופ’ יעל מנדל גוטפרוינד.

אגודת הלמהולץ אשר במסגרתה מתבצעת התוכנית  היא קהילה הכוללת 18 מרכזים בתחומים המדעי-טכני והביולוגי-רפואי, ומעסיקה כ-34 אלף איש, בתקציב שנתי של כ-3.4 ביליון יורו. נתונים אלו הופכים אותה לארגון המחקר הגדול בגרמניה. מרכזי הלמהולץ עוסקים באתגרים המרכזיים הניצבים בפני האנושות בתחומי החברה, המדע והתעשייה, והמדענים [הפועלים בבתי הספר של האגודה] מבצעים מחקר מתקדם ביותר בתוכניות אסטרטגיות בשישה תחומי-ליבה: אנרגיה, קרקע וסביבה, בריאות, טכנולוגיות-מפתח, מבנה וחומר, ואחרון – אווירונוטיקה, חלל ותחבורה. האגודה נקראת על שם הרמן פון הלמהולץ (1821-94), אחד ממדעני הטבע הגדולים של המאה ה-19.

אגודת הלמהולץ תומכת בפיתוח תוכניות הכשרה לדוקטורנטים מאז 2006. לתחרות השנה נשלחו 19 מועמדויות  ומתוכן נבחרה תוכנית “SignGene”  . המיזם והקרן מבוססים על הגידול השנתי בקרן האגודה, ומגובים על ידי הממשלות (הממשלה הפדרלית והממשלות של המדינות בגרמניה) על סמך חוק המחקר והחדשנות.

בתמונה: חוקרי הטכניון עם חוקרים גרמנים בכנס שהתקיים בטכניון לקראת החתימה על הסכם השותפות. צילום: דוברות הטכניון

רובוט מלצר אשר פותח על ידי תלמידי חטיבת הביניים בבית הספר עירוני ג’ בחיפה, בהדרכת חוקרי המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים בטכניון – זכה בתואר “הרובוט הרגלי הטוב ביותר” בתחרות בינלאומית אשר התקיימה בקונטיקט, ארה”ב.

הפרוייקט התבצע במסגרת עבודת הדוקטורט של דן קופרמן, אשר גייס לעזרתו את בנו עמית. דן החל דרכו המקצועית כהנדסאי אלקטרוניקה, בוגר בית הספר “בסמת”. הוא שירת חמש שנים בממר”ם ומאז הוא עובד בחברת המחשבים “ממורקס”. בהיותו בן 33 החל ללמוד בטכניון, בפקולטה להנדסת מכונות. כאשר הציג את פרוייקט הגמר שלו במוזיאון המדע “מדעטק”, פגש את פרופסור איגור ורנר מהמחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים בטכניון. כאשר ראה את רצונו העז ללמד, הציע לו פרופסור ורנר לבוא למחלקתו. לאחר שנתיים החל דן ללמוד לקראת תואר שני במחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים. “עשיתי זאת בשביל הנפש והתרומה לקהילה, לא בשביל הפרנסה”, הוא אומר.

ממוצע ציוניו היה 97 ולכן קיבל את הצעת המנחה שלו, פרופסור ורנר, לעשות דוקטורט בנושא: “שימוש במודלים רובוטיים בהוראת מדע וטכנולוגיה”. הוא העמיד אתגר בפני תלמידיו בבית הספר עירוני ג’ בנוה שאנן בחיפה: “תבנו מערכת הדומה לזו הקיימת בטבע”.

“משנת 2000 מתקיימת בישראל תחרות ‘רובונר” – רובוטים מכבי אש”, מספר פרופסור ורנר. “התחרות היא פרי יוזמתו של סטודנט שלי לשעבר, היום דוקטור, אלי קולברג. הזוכים בתחרות זו נסעו לתחרות הבינלאומית בקונטיקט. לפני שלוש שנים נפתחה שם גם תחרות רובוט-מלצר, כאשר המשימה היא – לבנות רובוט אשר ישרת את הנכה בביתו, יגש למקרר, יקח אוכל ויגיש אותו לנכה. עליו להתגבר על מכשולים הנמצאים בדרכו. עד כה השתתפו בתחרות רובוטים-עגלה, כלומר: רובוטים המתגלגלים על גלגלים. אבל המשתמש מקבל רובוט אנושי בצורה טובה יותר ולכן פיתחנו רובוט מלצר ‘אנושי’, שזה אתגר קשה בהרבה מרובוט עגלה. לרובוט שפיתחו דן, עמית והתלמידים יש 18 מנועים, הוא לא יציב כמו העגלה וקשה להיגוי, עליו לשמור על אוריינטציה במרחב כדי שילך ישר. זהו פרוייקט למצויינים, פרוייקט המוציא את היצירתיות מהתלמיד”.

כאשר עמית נכנס לתמונה הוא הוסיף לרובוט כמה חיישנים, מצפן ומצלמה אשר יודעת לזהות צבעים (השולחן עליו מונחת הצלחת בתחרות מסומן באורות אדומים).

“ההליכה בשטח פתוח היא אתגר מסובך ולכן הוספנו את המצפן”, מסביר עמית, שעבד על הרובוט עם ששה תלמידי כיתה ט’.

בתחרות עצמה נתקל “אד” (לרובוט קוראים Tecnion Ed, קיצור של Education) בכמה הפתעות, כמו ריצפה שנצבעה רק שעתיים לפני התחרות ולכן היה לו קשה ללכת עליה, או הפרעות אלקטרו-מגנטיות שהפריעו למצפן, ולכן “אד” הלך לאורך הקירות.

פרופסור ורנר מוסיף כי בתחרות בלט נושא הרגש. הצופים אהבו את “אד” ואמרו שהוא “חמוד”, דבר שלא עשו כאשר רובוט-עגלה הופיע לפניהם. כאשר “אד” הפיל את הצלחת שנשא, נשמעה אנחה גדולה בקהל.

“אד” זכה בפרס מיוחד – “הרובוט הרגלי הטוב ביותר” וגם קיבל “טיפ” שמן במיוחד – 1000 דולר.

בתמונה: דן קופרמן, הרובוט “אד” והתלמידים (מימין לשמאל) ירין פרנקל, עומר שושן ועומר זמיר. צילום: דוברות הטכניון

החוקרים הראשיים בפרויקט הם פרופסור אהרן צ’חנובר, חתן פרס נובל בכימיה לשנת 2004, פרופסור עופר בינה וד”ר גילה מאור

הפרויקט עוסק בפעילות העשויה לנבוע מפרוטאין אחד ומעלה, ומציגה פעילות אנטי-סרטנית יעילה מאוד, שאינה מסכנת את התאים הבריאים.

החוקרים הראשיים בפרויקט הם פרופסור מחקר אהרן צ’חנובר, חתן פרס נובל בכימיה לשנת 2004, פרופסור עופר בינה מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט, וד”ר גילה מאור. הצוות כולל גם את ד”ר ירון ברק, ד”ר גיל שלו, ד”ר יוסי גוטפריד וחמישה חוקרים ויועצים נוספים.

ד”ר אלפרד מאן אמר בטקס כי “אף שמדובר בפרויקט הנמצא בשלב מוקדם מאוד, הוא ממומן על ידי מכון ‘אמית’ בשל הפוטנציאל העצום הטמון בו וההבטחה לפיתוח שיטה למאבק בסרטן”.

מערכת המעבדות המשרתת את הפרויקט משתרעת על פני 250 מ”ר והיא הוקדשה לד”ר אלפרד מן ולגברת קלוד מן.

בתמונה (מימין לשמאל): אלפרד מאן, פרופסור פרץ לביא ופרופסור אהרן צ’חנובר, על רקע תמונתם של אלפרד מאן ורעייתו קלוד, בחנוכת המעבדות. צילם: יואב בכר, דוברות הטכניון