חודש: פברואר 2020

עמית פריאנט מתיכון גולדה נס ציונה זכה במקום הראשון בתחרות – ובמלגת לימודים בטכניון

[su_image_carousel source=”media: 38596,38595″ slides_style=”minimal” crop=”none” align=”center” captions=”yes” autoplay=”3″]

השבוע התקיימה אולימפיאדת הביוטכנולוגיה השלישית בטכניון. האולימפיאדה, הנערכת בשיתוף הפיקוח על מגמת הביוטכנולוגיה במשרד החינוך, התקיימה תחת הכותרת “ביוטכנולוגיה – המדע שבונה את המחר”. התחרות מיועדת לתלמידי כתות י”ב המתמחים בפרויקט הגמר “יישומים בביוטכנולוגיה”.

כ-250 תלמידים מכל הארץ השתתפו באירוע, שבו התחרו 5 פיינליסטים מכיתה י”ב שנבחרו לאחר מבחני מיון וראיונות. כל אחד מחמשת התלמידים הציג את עבודתו במשך 10 דקות, ובהמשך נבחן בעל פה על ידי צוות שכלל את מפמ”רית ביוטכנולוגיה יהודית דסקלו, פרופ’ אילת פישמן – יועצת המגמה וחברת סגל בפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון, וד”ר עומר יחזקאלי, גם הוא חבר סגל בפקולטה.

במקום הראשון זכה עמית פריאנט מתיכון גולדה נס ציונה על המחקר “בדיקת עמידות צמח מלפפון טרנסגני לנגיף ה-CMV”. במקום השני זכה יואב קולקה מתיכון הנדסאים הרצליה על המחקר “השפעת התרופה מונחית המטרה AFP4-TMZ על חיוּת שורת תאים LLC1”. במקום השלישי זכתה תהילה חנימוב מאורט לילינטל רמלה על המחקר “השפעת מי חמצן על הזדקנות תאים”. צוות השופטים שיבח גם את שני הפיינליסטים האחרים – מאור אוארבך מבי”ס מאיר שפיה וקרן רביד מתיכון מכבים רעות מו”ר.

האירוע נפתח בסרטון המציג את חשיבותו של עולם הביוטק ואת ההישגים שנרשמו בתחום זה לאחרונה: טכנולוגיה להגנה על יבולים חקלאיים, יתושים מהונדסים המונעים התרבות של יתושים מעבירי מחלות, ייצור החלבון האנושי קולגן בצמחי טבק, טיפול בסרטן באמצעות “רוח רפאים ננומטרית”, ייצור תאי דם אדומים במעבדה, פלאפל עתיר חלבון המבוסס על אצות, אבחון מוקדם של סרטן הדם ועוד.

פרופ’ אילת פישמן, המובילה את האירוע מטעם הטכניון, אמרה לתלמידים כי “קראנו את העבודות שלכם וכולן מרשימות מאוד, ובכלל זה השילוב המושכל של ביקורות שליליות וחיוביות כיאה לעבודות חקר מדעיות.” היא סיפרה כי 85 אלף איש עובדים כיום במגזר הביוטכנולוגיה בישראל וכי התחום הולך וגדל בכיוונים רבים ובהם מכשור רפואי, תרופות, אגרו-ביוטכנולוגיה, ביואינפורמטיקה, אבחון רפואי ועוד. פרופ’ פישמן ציינה שורה של חברות ישראליות שנרכשו בשנים האחרונות ובהן סילנטיס, פרולור ביוטק, NeuroDerm ו-GeneSort  וסיפרה על Equinom הישראלית, שגייסה החודש 10 מיליון דולר. Equinom עוסקת בשיפור וטיפוח תכונות של צמחים כגון שומשום ואפונה, וזאת באמצעות ניתוח ביואינפורמטי של מידע רב שנאסף מריצוף גנטי של אותם צמחים.

הזוכה במקום הראשון, עמית פריאנט, אמר כי תהליך המחקר הרחיב את אופקיו ולימד אותו להשקיע, להתמודד עם תקלות ושינויים בלתי צפויים ולנהל זמן באופן נכון. “חקרנו את עמידותם של צמחי מלפפון מהונדסים (טרנסגניים), וגילינו שעמידותם של צמחים אלה לווירוסים גבוהה יחסית. המשמעות היא שטיפוח צמחים טרנסגניים יצמצם את הצורך בהדברה כימית, שחסרונותיה ידועים.”

אחרי הישג חסר תקדים באולימפיאדת הרובוטיקה של  FIRST בדובאי, קבוצת התלמידים הזוכה הוזמנה לנאום על הבמה העולמית. קבוצת Israel  FIRST מתיכון אזורי מגידו ייצגה את ישראל באולימפיאדת הרובוטיקה שהתקיימה באוקטובר בדובאי. בעקבות זכייתה במדליית כסף הוזמנה הקבוצה לנאום על בימת ועידת AIPAC בוושינגטון

נבחרת רובוטיקה מתיכון אזורי מגידו הפועלת תחת ארגון FIRST ישראל בהובלת הטכניון, משרד החינוך ומשרד המדע והטכנולוגיה יצאה לדובאי באוקטובר האחרון להשתתף באולימפיאדה העולמית  Global Challenge FIRST. בעקבות הישגיה המרשימים, נסיעתה החשאית וזכייתה במדליית כסף, הוזמנה הנבחרת בסיועה של אגודת ידידי הטכניון בארצות הברית (ATS) לנאום בוועידת AIPAC היוקרתית שתתקיים ב-1-3-3.2020 בוושינגטון, ארה”ב. בני הנוער שייצגו את הארגון ואת מדינת ישראל בדובאי יטוסו ב-26.2 לקראת חזרות גנרליות לפני הנאום בבמה העולמית, יציגו את הרובוט פרי פיתוחם וישתפו את הקהל בסיפורם המיוחד.

התחרות הייתה הזדמנות חשובה לחשיפה חיובית של מדינת ישראל בהיבט הטכנולוגי והמדיני, והשתתפו בה 119 משלחות המייצגות 119 מדינות. המשלחת הישראלית, השתתפה בתחרות העולמית והעפילה לשלב הגמר כראש הברית (אשכול של משלחות המתחרות יחד) הכוללת משלחות מאיטליה, אוגנדה ואוסטרליה. נבחרת ישראל זכתה בגמר במדליית כסף לאחר שסיימה את שלב המוקדמות בדירוג הנקודות הגבוה ביותר והיחידה עם מאזן ניצחונות מושלם (9-0-0). בנוסף קיבלה הנבחרת פרס מיוחד על עזרה יוצאת דופן לקבוצות אחרות.

שמונת בני הנוער הם נעה דומן, יובל פרי ורון פרי מרמות מנשה, איתי זיו ממרחביה ועומר ברעם מיקנעם עילית, עידו לוי וגל צ’פמן מרמת השופט ואורי בן יצחק מקיבוץ מגידו. השמונה ושני המנטורים – אסנת דומן וניסים לוי – קיבלו אבטחה אישית צמודה כדי להבטיח את שלומם בדובאי. הנבחרת נסעה הודות לסיוע המועצה האיזורית מגידו חברת מלנוקס חברת Tama וחברות נוספות וכן בתמיכת משרד החוץ.

המשלחות בדובאי הגיעו מכל רחבי העולם ונדרשו להתמודד, באמצעות רובוטים שפיתחו לבדו, עם אתגר המדמה איסוף פסולת מאוקיינוסים ושמירה על הסביבה. הניקוד ניתן להן על סמך יכולתן ללקט כמה שיותר פריטים מזירת התחרות. בשל הצלחת המשלחת והנחישות שהפגינו על מנת לייצג את ישראל בתחרות, הוזמנו התלמידים לנאום בוועידת AIPAC.

* ארגון  FIRST הוקם בארה”ב בשנת 1989 על ידי היזם דין קיימן כדי לקרב ילדים ובני נוער לתחומי המדע והטכנולוגיה. הארגון משתמש במודל של תחרויות רובוטיקה ספורטיביות שבהן קבוצות מתחרות זו בזו בהתמודדות עם אתגר. בתוכניות FIRST  ברחבי העולם משתתפים יותר מ-570,000 ילדים ובני נוער.  FIRST Israel פועל משנת 2005 כמלכ”ר בחסות הטכניון ובראשו עומד האלוף (מיל’) אביהו בן נון. בארץ משתתפים בפעילות זו 14,000 ילדים ובני נוער מגן חובה ועד י”ב מכל רחבי הארץ ומכל המגזרים.

האלוף (מיל’) אביהו בן-נון, יו”ר ארגון Israel  FIRST: ” הישגי המשלחת של תלמידי תיכון מגידו לדובאי היוו מקור גאווה וכבוד ל- Israel   FIRST ולכל מדינת לישראל. אני נרגש שכעת גם ידידינו בארגון AIPAC מכירים בחשיבות המאורע ואנו מודים להם על הזמנתם ותמיכתם בהצלחה הטכנולוגית של הנערים. אנו מודים גם לשותפינו בטכניון, משרד החינוך, משרד המדע והמועצה האיזורית מגידו שסייעו רבות על מנת שהתלמידים יוכלו להשתתף באולימפיאדת הרובוטיקה בדובאי. נסיעת הנערים כיום מסמלת את הצלחת קהילת FIRST ישראל, כאשר אנו מציינים 15 שנה להקמת שלוחה בארץ, אשר לקחה על עצמה בשיתוף פעולה עם הטכניון להגדיל את המוטיבציה של דור העתיד לעסוק במדע וטכנולוגיה, לצד ערכי התרומה לזולת, שותפות, אדיבות מקצועית וערבות הדדית. בשם ארגון FIRST ישראל אני מאחל בהצלחה לנציגנו על במת AIPAC”.

נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון: “FIRST היא תוכנית חשובה ונפלאה, המבטאת את שליחותו של הטכניון בעידוד לימודי המדע וההנדסה בקרב ילדים ובני נוער. יתר על כן, היא מבטאת את רוח השינוי בשיטות ההוראה שאנו פועלים ליישם בטכניון. העברת הדגש מהוראה פרונטלית ללמידה מבוססת פרויקטים תקנה לסטודנטים לא רק ידע אלא גם ראייה מערכתית רחבה יותר, הכוללת גם כישורי מנהיגות ועבודת צוות. הטכניון שותף בתוכנית FIRST מיום הקמתה וימשיך לתמוך בה כתוכנית לאומית חשובה וחיונית. אנו רואים בכם סטודנטים שלנו לעתיד – מנהיגים שיבטיחו את המשך הובלתה הטכנולוגית והמחקרית של מדינת ישראל.”

שר המדע והטכנולוגיה, אופיר אקוניס:” ״הנבחרת המצוינת הזאת השיגה השיג חסר תקדים במיקומה ובאיכויותיה באולימפיאדת הרובוטיקה בדובאי. למעשה, לא היה לי ספק שישיגו הישגים עצומים, וכך גם אמרתי להם בפגישתנו, ערב יציאתם לתחרות. זאת פשוט גאווה לאומית אמיתית והוכחה נחרצת לחשיבות החלטת הממשלה שהובלתי עם כניסתי לתפקיד: לממן את המשלחות הללו, מתקציב המשרד. אני מאחל לחברי הנבחרת טיסה טובה לוושינגטון ובטוח שייצגו אותנו בכבוד גם על במת אייפק היוקרתית בבירה האמריקנית״.

שר החינוך, רפי פרץ: “הישגה הנפלא של הנבחרת הלאומית שלנו ברובוטיקה מהווה גאווה אדירה למערכת החינוך ולמדינת ישראל כולה. בנוסף לחשיבותה החינוכית, התחרות היוותה הזדמנות חשובה בעבור ישראל גם בהיבט הטכנולוגי פורץ הדרך והמדיני יחד. לאור חשיבות התחרות, פעלתי נחרצות על מנת להשיג את האישורים הביטחוניים הנדרשים להשתתפות תלמידינו בתחרות היוקרתית. נמשיך לשקוד על פיתוח עתידם של ילדינו ועל פיתוח המצוינות כדי שישראל תמשיך להיות קטר מוביל בשוק הגלובלי. מברך ומוקיר את התלמידים הזוכים, הצלחתכם הצלחתינו. ישר כח להם ולצוותים שליוו אותם”.

[su_youtube_advanced url=”https://www.youtube.com/watch?v=eiOZTUFkr6E” width=”720″ height=”200″ controls=”no” autohide=”yes” autoplay=”yes” rel=”no” fs=”no” theme=”light”]

חוקרים בטכניון ובאוניברסיטת בולוניה השיגו שיפור דרמטי בניצול אנרגיית השמש להפקת מימן ותוצרים אחרים

 

מזה עשרות שנים נחשב המימן לדלק העתיד, וזאת מכיוון ששריפתו משחררת רק אנרגיה ומים ואינה מזהמת את הסביבה. כיום מיוצר רוב המימן מגז טבעי בתהליך מזהם, ואחד התהליכים החלופיים לייצורו הוא פוטוקטליזה: פיצול המים למימן ולחמצן באמצעות אור השמש.

בתהליך הפוטוקטליזה נבלע אור השמש בחלקיקים מוליכים-למחצה המייצרים מטענים חיוביים ושליליים בתגובה לבליעת האור. מטענים חשמליים אלה מפרקים את המים למימן וחמצן; המטענים השליליים מפיקים מהמים מימן, והמטענים החיוביים מפיקים את החמצן. שתי תגובות אלה, של המטענים החיובים והשליליים, חייבות להתרחש בעת ובעונה אחת. בלי ניצול של המטענים החיובים אי אפשר לנתב את המטענים השליליים ליצירת המימן. לכן, אף שחמצן אינו תוצר נחוץ, מאמצים רבים בתחום הפיתוח של טכנולוגיות פוטוקטליזה הוקדשו להשגת פיצול מים מלא למימן וחמצן, וזאת ללא הצלחה רבה. בשל כך, פיצול מים מלא נשאר אתגר משמעותי. כעת, במאמר שהתפרסם בכתב העת Nano Energy, מוצג פתרון יצירתי לבעיה זו.

את המחקר האמור הובילה פרופ’ לילך עמירב מהפקולטה לכימיה ע“ש שוליך ומהמכון לננוטכנולוגיה ע”ש ראסל ברי ותוכנית האנרגיה ע”ש גרנד בטכניון עם עמיתיה באוניברסיטת בולוניה באיטליה. התהליך שפיתחה קבוצת המחקר מבוסס על חלקיקים ייחודיים שפיתחה פרופ’ עמירב לפני כמה שנים. חלקיקים אלה מפגינים יעילות שיא בניצול האור והמטענים השליליים ליצירת המימן. עכשיו מציג הצוות גישה חדשה לניצול יעיל של המטענים החיובים.

צוות החוקרים פיתח תהליך שבו מופקים לצד המימן, כחלופה ליצירת החמצן, גם תוצרים מועילים ובהם בנזלדהייד (Benzaldehyde) המשמש בתעשיות המזון, הצבע, הפלסטיקה והקוסמטיקה. התהליך החדשני משתמש הן במטענים השליליים והן במטענים החיובים וכך מנצל את אנרגיית השמש באופן יעיל ומועיל יותר. “אפשר לומר שהפכנו את התהליך מפוטוקטליזה לפוטוסינתזה, כלומר להמרה אמיתית של אנרגיה סולרית לדלק,” אומרת פרופ’ עמירב. “יותר מכך, יעילות המרת האנרגיה בתהליך קובעת שיא עולמי חדש בתחום של פוטוקטליזה מבוססת חלקיקים.”

יעילות השיא שהושגה במחקר האמור עומדת על 4.2% STC – כפול מהשיא הקודם. נתון זה, המייצג את יעילות המרת האנרגיה מאנרגיה סולרית לאנרגיה כימית, נושק ליעד שהגדיר משרד האנרגיה האמריקאי כ”סף היתכנות פרקטי” ליצירת מימן באמצעות פוטוקטליזה. החוקרים מעריכים כי הצלחה זו מהווה אבן דרך חשובה לקראת הרחבת השימוש בתהליכי פוטוקטליזה כאמצעי לפיתוח תעשייתי ולצמצום הזיהום הסביבתי.

למאמר בכתב העת Nano Energy  לחצו כאן

חוקרים בטכניון פיתחו מערכת עצמאית המפיקה מים מהאוויר גם באזורים מדבריים. המערכת  החדשה תאפשר אספקת מים שוטפת גם לקהילות קטנות ומבודדות, וזאת ללא צורך בהובלת מים ממרחקים

להערכת ארגון הבריאות העולמי (WHO), כמחצית מאוכלוסיית העולם תסבול ממחסור במי שתייה כבר בשנת 2025. לכן גישה למים נקיים, שהיא אחד מ-17 היעדים לפיתוח בר-קיימא שקבע האו”ם בשנת 2015, הייתה המניע לפיתוחה של מערכת עצמאית וניידת המפיקה מים מהאוויר. המערכת שפותחה בטכניון תוכל לספק מים נקיים גם לקהילות מבודדות הרחוקות ממקורות מים.

מפתחי הטכנולוגיה החדשה הם פרופ’ דוד ברודאי ופרופ’ ערן פרידלר, חוקרים ביחידה להנדסת סביבה מים וחקלאות בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית ובמכון למחקר המים בטכניון ע”ש סטפן וננסי גרנד, ואילן כץ, המהנדס הראשי של המערכת. השלושה פיתחו אבטיפוס ראשון מסוגו בעולם: מערכת זולה ויעילה-אנרגטית להפקת מים מאוויר. הטכנולוגיה רלוונטית במיוחד ליישובים קטנים ומבודדים המרוחקים משמעותית ממקורות מים מתוקים או מלוחים. זאת משום שעלות ההובלה של מים גדלה עם המרחק של הקהילה ממקור המים או ממפעל ההתפלה. לכן, קהילות קטנות ומבודדות יפיקו תועלת רבה במיוחד מהמערכת החדשה, המאפשרת לייצר את המים במקום. יחידת המסחור של הטכניון (Technion Technology Transfer –  T3) רשמה על הטכנולוגיה החדשנית פטנט ופועלת מול התעשייה לייזום ומסחור שלה במטרה למנף את נכסי הקניין הרוחני ליצירת חדשנות פורצת דרך מונגשת לכלל.

הטכנולוגיה החדשה מבוססת על תהליך מחזורי דו שלבי: הפרדת אדי המים מהאוויר באמצעות ספיגת אדי המים על ידי תמיסת מלח מרוכזת ייעודית (דסיקנט) ולאחר מכן הפרדתם מהתמיסה בלחץ תת-אטמוספרי. לדברי פרופ’ ברודאי, “אחד היתרונות של הטכנולוגיה החדשה, לצד היעילות האנרגטית, הוא העובדה שבמעבר דרך תמיסת המלח עוברים המים טיפול משמעותי. הפיתוח שלנו הופך את המים למשאב בר השגה, שכן הוא מאפשר להפיק מים בכל מקום בעולם, ללא תלות במקורות מים הקיימים. האבטיפוס שבנינו מראה שהשיטה עובדת, ואנחנו מקווים שבעתיד הקרוב נהפוך את המערכת למוצר מסחרי.”

בניגוד לטכנולוגיות קיימות להפקת מים מאוויר, המתבססות על קירור גורף של כל האוויר שנכנס למערכת, המערכת החדשה שפותחה בטכניון מקררת רק את אדי המים ובכך מפחיתה באופן משמעותי את האנרגיה הנדרשת לייצור המים. לדברי פרופ’ פרידלר, “הטכנולוגיות הקיימות עובדות בקירור ישיר, כלומר הן מקררות את כל האוויר שנכנס לתוכן וומעבות את אדי המים (בדומה לפעולת מזגן). לכן, במערכות אלה יש בזבוז אנרגטי כי הן מקררות את כל האוויר בשעה שאדי המים מהווים רק עד כ-3% ממסת האוויר (גם כאשר הלחות היחסית היא 100%).”

“אנחנו לא מתחרים בהתפלה,” מבהיר פרופ’ ברודאי. “ישראל היא מדינה מפותחת השוכנת לחוף ים שיכולה לספק לעצמה את כל צריכת המים על ידי מערכות התפלה. זאת בין השאר כי היא מדינה קטנה יחסית שחלק ניכר מתושביה גרים לאורך החוף, כך שלא נדרשת הובלה של מים מותפלים למרחקים גדולים. אספקת מים מותפלים לקהילות החיות רחוק מאוד מהים, לעומת זאת, יקרה מאוד בשל הצורך בצנרת הובלה ארוכה מאוד. כאן ניכרים יתרונותיה של הטכנולוגיה החדשה שפיתחנו.”

פרופ’ פרידלר מדגיש כי “בנוסף להיותם של המים מרכיב חיוני לחיים באופן ישיר, הם משפיעים על היבטים חשובים אחרים ובהם המצב הבריאותי של הפרט ושל הקהילה ואפילו על העצמת נשים – כיוון שבמקומות רבים נערות אינן זוכות להשכלה משום שהן עסוקות באספקת המים למשפחה, וגם בבגרותן הן מקדישות שעות להובלת מים. בנוסף, חשוב לציין כי גם היום מהווה נושא המים גורם מרכזי בסכסוכים עקובים מדם באזורים יבשים, כגון אפריקה, והם גם אחד מהמניעים המשמעותיים להגירה המונית לאירופה.”

בפיתוח המערכת לאורך השנים השתתפו בן גידו, שהיה סטודנט לתואר שני בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית, ד”ר גומיד חאלד מהמעבדה לאנרגיה בפקולטה להנדסת מכונות, הדוקטורנט יגאל עברון מהפקולטה להנדסת מכונות (בהנחיית ד”ר חאלד ופרופ’ אמריטוס גרשון גרוסמן) והסטודנט לירון הובר מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית.

[su_image_carousel source=”media: 38537,38539,38540,38541,38542,38543,38544,38538″ slides_style=”minimal” crop=”none” align=”center” captions=”yes” autoplay=”3″]

 

חוקרים בטכניון ובחברת טאואר ג’אז פיתחו טכנולוגיה המתאימה טרנזיסטורים מסחריים לעידן הבינה המלאכותית

 

חוקרים בטכניון ובחברת טאואר ג’אז (Tower Jazz) פיתחו טכנולוגיה מהפכנית ההופכת את רכיבי זיכרון הפלאש המסחריים של טאואר ג’אז לממריסטורים – התקנים המכילים זיכרון וכוח חישוב. הטכנולוגיה, שפותחה בהשראת פעולת המוח האנושי, מאיצה באופן משמעותי את פעולתם של אלגוריתמים של בינה מלאכותית (AI).

את המחקר שהתפרסם בכתב העת Nature Electronics, הובילו הדוקטורנט לואי דאניאל ופרופ’ שחר קוטינסקי מהפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי בטכניון, תוך שיתוף פעולה עם פרופ’ יעקב רויזין וד”ר יבגני פיחאי מחברת טאואר ג’אז ופרופ’-משנה ראמז דניאל מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון.

 

כבר מתחילת דרכם גברו המחשבים על האדם בפתרון בעיות חשבוניות, אולם בזיהוי תמונות, בסיווג מאפיינים בתוך התמונה ובקבלת החלטות פיגר המחשב אחר האדם במשך עשרות שנים. את הפער הזה מדביקה בשנים האחרונות הבינה המלאכותית, המצליחה לבצע פעולות מורכבות על סמך אימון המבוסס על דוגמאות. בעשורים האחרונים הוקדשו משאבים עצומים בפיתוחה של בינה מלאכותית ברמת התוכנה, השקעה שהובילה לקפיצת מדרגה באפקטיביות של הבינה המלאכותית בתחומים רבים ומגוונים ובהם רפואה, תחבורה חכמה, רובוטיקה וחקלאות.

הדלק המניע את עולם הבינה המלאכותית הוא נתונים, וליתר דיוק נתונים בכמות עצומה (big data). זו הסיבה שהפריצה הגדולה בבינה מלאכותית “המתינה” לשיפור הדרמטי בכוח המיחשוב. אולם ההתפתחות המהירה בביצועי התוכנה הותירה מאחור את החומרה, ופיתוחה של חומרה המתאימה לדרישות של תוכנות בינה מלאכותית התעכב במשך שנים רבות. חומרה כזו נדרשת לעבוד היטב במונחים של  מהירות, הספק נמוך, דיוק, שטח ומחיר. כל אלה קשים מאוד להשגה במודל החומרה המסורתי – מודל של חישוב דיגיטלי (ספרתי).

המודל הדיגיטלי מגביל את ביצועי החומרה בשני הקשרים עיקריים: 1. חומרות כאלה מתקשות לבצע פעולות רבות במקביל , שכן הן נועדו לבצע מספר קטן יחסית של פעולות; 2. הן יכולות להפגין דיוק רב רק בתמורה לצריכת משאבים גדולים מאוד במונחי אנרגיה וזמן. לכן, אומרים החוקרים, נדרשת חומרה חדשנית שתתאים לעידן הבינה המלאכותית.

“אחד האתגרים הגדולים שמציבה הבינה המלאכותית בפני מהנדסי חומרה,” מסביר פרופ’ קוטינסקי, “הוא המימוש של אלגוריתמים מורכבים הדורשים (א) אחסון של מידע רב בזיכרון המחשב; (ב) שליפה מהירה מהזיכרון; (ג) ביצוע חישובים רבים במקביל; ו(ד) דיוק גבוה.  החומרה הדיגיטלית הסטנדרטית (מעבדים) לא מתאימה לכך מהסיבות שצוינו לעיל.”

זה הרקע לטכנולוגיה החדשה המוצגת במאמר ב-Nature Electronics. לדברי פרופ’ קוטינסקי, “הטכנולוגיה שלנו הופכת את החומרה, שהיא דיגיטלית במהותה, לתשתית נוירומורפית – תשתית מעין-אנלוגית הדומה למוח. כפי שהמוח מבצע מיליוני פעולות במקביל, גם החומרה שלנו מבצעת פעולות רבות במקביל וכך מאיצה את כל הפעולות הקשורות בה.”

“החישוב הנוירומורפי,” אומר הדוקטורנט לואי דאניאל, “מעניין אותי ברמה האישית הן כסטודנט להנדסת מחשבים והן כמי שאיבד את אביו כתוצאה ממחלה נוירולוגית נדירה. המוח תמיד היווה מקור השראה למערכות מחשוב, והאתגר שלי הוא להבין את המנגנון החישובי של פעולת המוח על ידי ארגז כלים הנדסי. במחקר הנוכחי הראינו שבב חשמלי המבוסס על טכנולוגיה סטנדרטית מסחרית ומפגין שתי יכולות קריטיות: זיכרון אסוציאטיבי, העובד בדומה למוח על סמך תכונות ולא לפי חיפוש באינדקס; ויכולת למידה.”

הזיכרון האסוציאטיבי, המוכר לנו מפעולת החשיבה האנושית, פירושו שכאשר אנחנו רואים עיניים, לדוגמה, איננו מחפשים התאמה של העין לסעיף כלשהו באינדקס של פריטים, אלא מזהים את העין באופן אסוציאטיבי. זהו מנגנון מהיר, אפקטיבי וחסכוני באנרגיה. וכמו במוח, יכולת הלמידה של המערכת משתפרת מתוך שינוי ועדכון של הקשרים בין הסינפסות ותאי העצב.

 

לדברי פרופ’ רויזין מטאואר ג’אז, “הטכנולוגיה החדשה פשוטה להטמעה והופכת את הטרנזיסטור של טאואר ג’אז, שתוכנן במקור לאחסון מידע בלבד, לממריסטור – יחידה המכילה לא רק זיכרון אלא גם יכולת חישוב. מאחר שהממריסטור יושב על הטרנזיסטורים הקיימים של  טאואר ג’אז, הוא מתממשק באופן מיידי עם כל ההתקנים שאיתם עובדים טרנזיסטורים אלה. הטכנולוגיה החדשה נבחנה בתנאי אמת והראתה כי אכן היא ניתנת להטמעה בבנייה של רשתות עצביות בחומרה ובכך משפרת משמעותית את ביצועיהן של מערכות בינה מלאכותית מסחריות. בדומה למוח, המערכת המשופרת מצטיינת בשמירת מידע לטווח ארוך ובצריכת אנרגיה נמוכה מאוד.”

לדברי פרופ’-משנה ראמז דניאל, בעבר מהנדס חשמל בטאואר ג’אז וכיום חבר סגל בפקולטה להנדסת ביו-רפואית בטכניון, “כוח החישוב של ההתקן המשופר נובע מיכולתו לתפקד בתחום התת-הולכה, ובמילים פשוטות – באופן דומה למנגנונים ביולוגיים טבעיים. כתוצאה מכך אנחנו משיגים יעילות גבוהה בהספק נמוך, כמו המנגנונים שהתפתחו בטבע במשך מיליארדי שנות אבולוציה.”

 

במחקר השתתפו חוקרי הטכניון אריק הרבלין, ניקולס ויינשטיין, ואסו גופטה ונמרוד וולד מקבוצת המחקר של פרופ’ קוטינסקי.

 

המחקר נערך בתמיכת ות”ת (הוועדה לתכנון ולתקצוב), מענק קמין מטעם משרד הכלכלה, מלגת אנדרו וארנה פינצ’י ויטרבי לתלמידי תארים מתקדמים ומענק ERC. לאחרונה הציג לואי דאניאל את המחקר שלעיל בכנס של Nature בסין ואף זכה בפרס המאמר הפוסטר המצטיין בכנס.

 

על השותפים במחקר:

 

פרופ’ שחר קוטינסקי השלים תואר ראשון ושני באוניברסיטה העברית ודוקטורט בטכניון ועבד באינטל בתכן מעגלים. לאחר פוסט-דוקטורט באוניברסיטת סטנפורד הוא חזר לטכניון כחבר סגל בפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי. במרוצת השנים הוא זכה בפרסים רבים ובהם פרס קריל של קרן וולף על מצוינות במחקר מדעי, מלגת ויטרבי, מלגת ג’ייקובס ומענק ERC וכן בשבעה פרסי הצטיינות בהוראה.

 

לואי דאניאל השלים תואר ראשון בטכניון, ובשנים 2016-2013 עבד במעבדות המחקר של IBM בחיפה. כיום הוא עושה את הדוקטורט (במסלול ישיר) בהנחיית פרופ’ קוטינסקי. הוא זכה בפרס הרשל ריץ’ לחדשנות ויזמות, בפרס אנדרו וארנה פינצ’י ויטרבי לתלמידי תארים מתקדמים ובמלגת ות”ת לדוקטורנטים מצטיינים בני החברה הערבית.

 

פרופ’ יעקב רויזין הינו מנהל מחקר ופיתוח של טכנולוגיות עתידניות ו-Fellow בחברת טאואר-ג’אז. הוא פרופסור אורח בטכניון ובאוניברסיטת תל-אביב. ליעקב ניסיון נרחב של 40 שנה בתחום פיתוח רכיבים בענף המוליכים-למחצה. ב-23 השנים האחרונות הוא עובד בטאואר ג’אז ומתמחה בפיתוח טכנולוגיות CMOS ייחודיות ורכיבים חדשניים.  הוא פרסם מעל ל-200 מחקרים ומחזיק ביותר מ-50 פטנטים (USA patents) בתחום טכנולוגיית המוליכים-למחצה ורכיבים.

ד”ר יבגני פיחאי הוא מהנדס רכיבים בכיר בטאואר ג’אז. הוא בעל ניסיון של 15 שנה בפיתוח רכיבי CMOS  הכוללים זיכרונות משולבים (embedded NVM), תאים סולאריים וחיישני קרינה מייננת. יבגני השלים תואר ראשון בטכניון, תואר שני באוניברסיטת תל-אביב ודוקטורט בטכניון. הוא פרסם מעל ל-40 מאמרים ופטנטים.

 

פרופ’-משנה ראמז דניאל השלים תואר ראשון בפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי בטכניון ותואר שני בהנדסת אלקטרוניקה וחשמל אוניברסיטת תל אביב שאחריו יצא לתעשייה. לאחר שמונה שנות עבודה בטאואר ג’ז הוא יצא לדוקטורט ואחריו פוסט-דוקטורט ב-MIT, שם בנה את המחשב הביולוגי הראשון בתוך חיידק. כיום הוא עומד בראש המעבדה לביולוגיה סינטטית בפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון.

 

למחקר בכתב העת  Nature Electronics לחצו כאן

 

לתמונות לחצו כאן

 

כיתוב:

1. פרופ’ שחר קוטינסקי
2. הדוקטורנט לואי דאניאל
3. בתמונה – פרופ’ שחר קוטינסקי (משמאל) עם הדוקטורנט לואי דאניאל.

צילום : רמי שלוש, דוברות הטכניון

 

לפרטים נוספים: דורון שחם, דוברת הטכניון – 050-3109088

חוקרים בטכניון פיתחו מערכת אב-טיפוס חדשנית להפקה יעילה ובטוחה של מימן באמצעות אנרגיית השמש בלבד. את המחקר, שהתפרסם בכתב העת Joule מקבוצת Cell, הובילה הדוקטורנטית אביגיל לנדמן מתוכנית האנרגיה ע”ש גרנד, יחד עם המסטרנטית רואן חלבי מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים. המחקר נערך בהנחייתם המשותפת של פרופ’ גידי גרדר מהפקולטה להנדסה כימית ופרופ’ אבנר רוטשילד מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים, ושותפים בו פרופ’ אדליו מנדס וד”ר פאולה דיאז מאוניברסיטת פורטו בפורטוגל.

המערכת החדשנית מכילה התקן סולארי דו-שכבתי (Tandem cell), המאפשר ניצול יעיל יותר של ספקטרום האור: חלק מקרינת השמש נבלע בשכבה העליונה, העשויה תחמוצת ברזל שקופה למחצה; והקרינה שאינה נבלעת בשכבה זו עוברת דרכה ונבלעת בהמשך על ידי תא פוטו-וולטאי. יחד מספקות שתי השכבות למערכת את האנרגיה הדרושה לפירוק המים.

מתיאוריה ליישום

המערכת החדשנית היא המשך לפריצת דרך תאורטית של צוות המחקר הטכניוני, שהוצגה במאמר שהתפרסם ב-Nature Materials בחודש מרץ 2017. באותו מאמר הציגו החוקרים שינוי פרדיגמטי בהפקת מימן: במקום תא הפקה אחד שבו מתפרקים המים למימן ולחמצן פיתחו החוקרים מערכת שבה נוצרים המימן והחמצן בשני תאים שונים לחלוטין. פיתוח זה חשוב בין השאר משום שערבוב בין החמצן למימן יוצר אינטראקציה נפיצה ומסוכנת. את הוכחת ההיתכנות הציגו החוקרים במערכת מעבדתית המופעלת בעזרת מקור חשמל קונבנציונלי.

כעת, במחקר הנוכחי שהתפרסם ב-Joule, מימשו החוקרים את התיאוריה בפיתוח יישומי – מערכת אב-טיפוס פוטו-אלקטרוכימית המייצרת מימן וחמצן בשני תאים נפרדים באמצעות אור שמש בלבד. במסגרת הניסוי נערכו כ-80 שעות עבודה (10 ימים של כ-8 שעות), שהדגימו את יעילות המערכת באור שמש טבעי. הניסוי נערך בפקולטה להנדסה כימית בטכניון.

 

רקע למחקר

מימן הוא חומר מבוקש מאוד בתחומים רבים בחיינו. רוב המימן המיוצר כיום מְשַמֵש לייצור אמוניה לייצור דשנים החיוניים לחקלאות המודרנית. בנוסף, מימן הוא אחד המתחרים המובילים בתחום הדלקים האלטרנטיביים, במיוחד בהקשר של הנעת כלי רכב. בהקשר התחבורתי יש למימן כמה יתרונות על פני דלקים מבוססי מחצבים:

• אפשר להפיקו ממים על ידי אנרגיות ירוקות כגון אנרגית השמש, וכך לצמצם את התלות בדלקים מחצביים ואת התלות בארצות העשירות בעתודות נפט;
• הפקת מימן ממים מאפשרת אגירה של אנרגיות ירוקות, שאינן זמינות בכל שעות היום
• בניגוד למנועי סולר ובנזין הפולטים זיהום רב לאוויר, תוצר הלוואי היחיד של מנועי מימן הוא מים.

כיום מופק המימן בעולם, רובו ככולו, מגז טבעי, בתהליך הפולט פחמן דו-חמצני (CO₂) שנזקיו הסביבתיים ידועים. שיטת הפקה חלופית היא אלקטרוליזה – פירוק מים (H₂O) למימן (H₂) ולחמצן (O₂). תהליך האלקטרוליזה פותח לפני יותר ממאתיים שנה, בשנת 1800, אך מאז לא פותחו טכנולוגיות אלקטרוליזה רבות. בשנים האחרונות, עם המעבר החיוני לאנרגיות חלופיות, ברור כי יש לשכלל את תהליכי האלקטרוליזה כך שיתאימו למקורות אנרגיה אלה.

על רקע זה התפתח התהליך הפוטו-אלקטרוכימי, המפרק את המים ישירות על ידי קרינת השמש. אולם גם כאן ישנם אתגרים טכנולוגיים שונים. למשל, ייצור המימן בדרך המקובלת באלקטרוליזה – פירוק המים למימן וחמצן באותו תא הפקה – כרוך בסיכון משום שהמפגש בין מימן לחמצן מוביל לפיצוץ. יתר על כן, בשדות סולאריים רחבי ידיים קשה מאוד לייצר מימן בתצורה זו. מכאן חשיבותה של פריצת הדרך הנוכחית המוצגת ב-Joule.

 

החוקרים מקווים שגורמים באקדמיה ובתעשייה ימשיכו ויקדמו את המערכת לכדי מוצר מסחרי.

 

המחקר נתמך על ידי תוכנית האנרגיה ע”ש ננסי וסטיבן גרנד בטכניון (GTEP), תרומת אד סאטל, קרן אדליס, משרד האנרגיה והנציבות האירופית (שני מענקי ERC) ומרכז המצוינותPAT  של הקרן הלאומית למדע.

 

למאמר בכתב העת Joule  לחצו כאן

בתחילת פברואר התקיים בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון כנס בן שלושה ימים בנושא מיקרו-שחיינים ורובוטיקה רכה. הכנס נערך בחסות הקרן הלאומית למדע (ISF) וכלל 30 הרצאות, 20 מרצים מחו”ל וכ-20 פוסטרים

מארגני הכנס, פרופ’ אלכס לישנסקי מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון והפרופסורים אמיר גת ויזהר אור מהפקולטה להנדסת מכונות, הסבירו את מטרתו. “פיתוחם של מיקרו-שחיינים וננו-שחיינים מלאכותיים, המסוגלים לנוע בכוחות עצמם בסביבה נוזלית, הוא אתגר מדעי וטכנולוגי עצום הנושא בחובו פוטנציאל נרחב בתחום הרפואה.”

שחיינים כאלה נעים באמצעות כוחות מגנטיים, אקוסטיים, אופטיים ואחרים, ותכנונם שואב השראה רבה ממנגנונים ביולוגיים טבעיים שהתפתחו במהלך האבולוציה. בדומה למיקרו-חיישנים ביולוגיים מסוימים, מיקרו-שחיינים מלאכותיים גמישים יכולים לשנות את צורתם בהתאם לתכונות הסביבה כדי לנוע ביעילות. גם היכולת לשנות צורה באופן רציף גם מאפיין הכרחי של רובוטיקה רכה (Soft Robotics) – תחום טכנולוגי חדשני שפותח בהשראת הטבע. הכנס הפגיש את המומחים המובילים בשני התחומים האלה – מיקרו-שחיינים מלאכותיים ורובוטיקה רכה – כדי לקדם את שיתוף הפעולה ביניהם.

בכנס נדונו נושאים רבים ובהם מיקרו-מכונות מגנטיות הניתנות לתכנות (פרופ’ ברדלי נלסון, ETH ציריך),  מנועים ננומטריים הפועלים על אנרגיה כימית ואקוסטית (פרופ’ פייר פישר, מכון מקס פלנק), מיקרו-מנועים ויישומיהם באורגניזם החי (בוגר הטכניון פרופ’ ג’וזף וואנג, אוניברסיטת קליפורניה סן דייגו), רובוטיקה רפואית זעירה (פרופ’ משה שהם, הפקולטה להנדסת מכונות בטכניון), שחיינים מגנטיים רכים בהשראת הטבע (פרופ’ מטין סיטי, מכון מקס פלנק), מנועים רכים לרובוטיקה רכה (בוגר הטכניון פרופ’ הוד ליפסון מאוניברסיטת קולומביה) ושימוש בחומרים רכים ברובוטיקה זעירה (רוב שפרד, אוניברסיטת קורנל) ואחרים

לאתר הכנס: https://www.swimmerssoro.com/

הכנס הבינלאומי השני בנושא ניטור לביש, שהתקיים בטכניון, התמקד בחיישנים כימיים המנטרים סימני מחלה

[su_image_carousel source=”media: 38510,38512,38513,38515,38514″ slides_style=”minimal” crop=”none” align=”center” captions=”yes” autoplay=”3″]

חישה חכמה של נתונים פיזיולוגיים, אלקטרוניקה גמישה לניטור לביש, חיישני הבל-פה לסמארטפון, ניטור שחפת בעולם השלישי, ניטור רציף של כאב, מעבדה-על-העור, סוללות נייר ועור אלקטרוני המתקן את עצמו הוצגו לאחרונה בכנס הבינלאומי לניטור לביש שהתקיים בטכניון. ההרצאות בשני ימי הכנס התמקדו בעיקר בפיתוח חיישנים כימיים המנטרים את מצבו הרפואי של המשתמש.

את הכנס מובילה, זו השנה השנייה, קבוצת המחקר של פרופ’ חוסאם חאיק. פרופ’ חאיק, מומחה בניטור רפואי מבוסס חיישנים, הוא ראש המעבדה להתקנים מבוססי ננו-חומרים בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון, חבר במכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה, סגן המשנה הבכיר לשוויון הזדמנויות ודיקן לימודי הסמכה בטכניון. השנה ארגנו את הכנס חברי קבוצת המחקר שלו ד”ר רותם וישינקין, יאנה מילוטין, ליאת צורי וד”ר יואב ברוזה.

“ניטור לביש הופך לחלק מחיי היום-יום שלנו,” אמר פרופ’ חאיק, “ואנחנו רואים זאת בשעונים חכמים, בצמידי ניטור ובבגדים הקוראים נתונים פיזיולוגיים. עם זאת, פיתוחם של החיישנים הקוראים את הנתונים האלה הוא תהליך איטי שאינו מדביק את ההתקדמות הטכנולוגית בצד הכימי. לכן החלטנו להתמקד השנה בחיישנים ובקישור שלהם לרכיבים האלקטרוניים המקבלים מהם את הנתונים.”

בכנס הרצו מומחים מובילים מישראל ומחו”ל על מגוון רחב של נושאים ובהם חישה חכמה של נתונים פיזיולוגיים, אלקטרוניקה גמישה לניטור לביש, חיישני הבל-פה לסמארטפון, ניטור שחפת בעולם השלישי, ניטור רציף של כאב, מעבדה-על-העור, סוללות נייר ועור אלקטרוני המתקן את עצמו. פרופ’ חאיק אמר כי “חשוב שלא נסתפק בהצגת ההישגים האישיים של כל אחד מהדוברים, אלא גם נדון באפשרויות לשיתופי פעולה עתידיים בין מהנדסים, רופאים ומדענים – שיתופי פעולה החיוניים לקידום התחום.”

את ארבע הרצאות המליאה המרכזיות נשאו הדוברים הבאים:

• פרופ’ ג’וזף וואנג, מאוניברסיטת קליפורניה סן דייגו הוא בוגר הטכניון שהשלים בטכניון את כל תאריו האקדמיים. הוא אמר כי “צוואר הבקבוק של המחקר והפיתוח כיום הוא השלב הביוכימי – החישה של הנתונים הפיזיולוגיים. חיישנים לניטור גופני חשופים לתנאים עוינים שכוללים חום, זיעה, אבק ועוד, ואנו מצפים שיהיו זעירים, רגישים, סלקטיביים, מהירים וזולים ושלא יצרכו אנרגיה רבה. זה אתגר מאוד רציני, ואנחנו מתמודדים איתו באמצעים שונים – קעקועים לניטור העור, מיקרו-מחטים לאבחון ולהחדרת חומרים לעור, משקפיים הכוללים חיישנים, טבעת לניטור אלכוהול וקנביס בדם ואפילו מוצץ המנטר את מצבו של התינוק.”
• פרופ’ האווארד כץ מאוניברסיטת ג’והנס הופקינס, מומחה לחיישנים כימיים וביומולקולריים ולאבחון סרטן, אמר כי “זה כבוד גדול עבורי לבקר בטכניון ולשתף פעולה עם אומת הסטארטאפ. אנו עוסקים בקידומה של רפואה מותאמת אישית המבוססת על התקני ניטור קלים, זולים, גמישים ונוחים המספקים מידע שוטף על מצבו הפיזיולוגי של האדם ברמה המולקולרית.”
• פרופ’-משנה סיהונג וואנג מאוניברסיטת שיקגו דיבר על יישומיהם הפוטנציאליים במחקר הביולוגי, בניטור המצב הבריאותי, באבחון ובטיפול. הוא אמר כי “התפתחויות טכנולוגיות מצמצמות את המרחק בין האדם לאלקטרוניקה המשמשת אותו. קודם היה מחשב אישי נייח, ואז נייד, ואז הסמארטפון שנמצא בכיס שלנו. אבל זו רק תחילת הדרך. אלקטרוניקה המוטמעת בגוף האדם תהווה מהפכה ברפואה מותאמת אישית, אבל בדרך לשם יש אתגרים כימיים ופיזיקליים גדולים שעלינו לצלוח. עבור קבוצת המחקר שלי, היעד העיקרי כרגע הוא מערך אלקטרוני גמיש ומתיח, שיקבל את האנרגיה שלו מהגוף.”
• פרופ’ שיזו טוקיטו מאוניברסיטת ימגטה בטוקיו, המפתח טרנזיסטורים מודפסים דקים לצרכי ניטור פיזיולוגי, דיבר על סמנים הנמצאים בזיעה ועל דרכים לניטורם. זאת באמצעות התקנים אלקטרוניים מודפסים משולבים וגמישים הנצמדים לעור, ומערכות המנתחות את המידע דרך ענן.

פרופ’ חאיק אמר בסיכום כי הכנס עורר הדים חיוביים, שיישאו פרי בשיתופי פעולה עתידיים בין הטכניון לאוניברסיטאות אחרות ובין האקדמיה לתעשייה.

מערכת לניטור דלקת ריאות לפי צילום בית חזה במצלמת הטלפון, רובוט קטן וחכם להשקיית עציצים בבית, מערכת עצמאית להכנת בקבוק חלב לתינוקות, אפליקציה להצלת חיות בר פצועות ואפליקציה חברתית להעברת עודפי מזון לנזקקים. 43 פיתוחים טכנולוגיים חדשניים הוצגו ביריד הפרויקטים של הפקולטה למדעי המחשב בטכניון.

[su_image_carousel source=”media: 38497,38505,38504,38503,38502,38501,38500,38499,38498″ slides_style=”minimal” crop=”none” align=”center” captions=”yes” autoplay=”3″]

ביריד הסטודנטים בפקולטה למדעי המחשב בטכניון הוצגו 43 פרויקטי גמר של סטודנטים הלומדים לתואר ראשון בפקולטה. בפרויקטים השתתפו יותר מ-160 סטודנטים, שהציגו את הפיתוחים לחברי סגל הפקולטה ולמומחים מהתעשייה.

הסטודנטים מאי שוורץ וגיא ברגר פיתחו מערכת לניטור דלקת ריאות והפרעות נשימה אחרות על סמך צילום חיצוני של בית החזה במצלמת הטלפון. השניים מציינים כי דלקת ריאות היא גורם התמותה העיקרי בקרב ילדים קטנים, ובעולם השלישי היא אינה מאובחנת כראוי. האפליקציה הפשוטה תאפשר אבחון ביתי מהיר ופשוט של מצבים מסוכנים כאלה. האפליקציה מבוססת על פטנט שפותח במעבדתו של פרופ’ רון קימל.

הסטודנטים חוש חאלד, ג’וליאן סרוגי ואיה רמאל פיחתו את פרויקט Yummy Tummy: מערכת עצמאית להכנת בקבוק חלב לתינוקות. הסטודנטים בנו מכונה חכמה הנשלטת באמצעות אפליקציה ומכינה באופן עצמאי בקבוק אוכל לתינוקות. המכונה מרתיחה את המים, שומרת על סטריליות ודואגת לקירור המים לטמפרטורה האידיאלית לתינוק. “הגעתי לרעיון כששמרתי על האחיינים שלי, והבנתי שהכנת בקבוק האוכל לתינוק היא עבודה קשה מדי,” מספרת איה רמאל מכפר ירכא שתסיים בקרוב את לימודיה במסלול הנדסת מחשבים.

“חיברנו למערכת חיישן הבודק את הטמפרטורה של המים בבקבוק, וכשהיא מגיעה ל-36 מעלות נשלח להורה אות בטלפון הנייד, ותהליך הכנת החלב יוצא לדרך.”

קבוצת “רובין פוד” פיתחה, בשיתוף עם החממה הטכנולוגית בטכניון, אפליקציה לסינכרון בין ביקוש להיצע של עודפי מזון. רובין פוד היא עמותה העוסקת בהצלת מזון ובהפנייתו למי שנזקק לו, והאפליקציה שפיתחו הסטודנטים תסייע ביצירת קשר מיידי בין שני הצדדים.

קבוצת סטודנטים נוספת פיתחה אפליקציה עבור עמותת “חַיבולנס” המצילה חיות בר פצועות. בעמותה מתנדבים כ-1,500 איש המסייעים בהעברה של החיות הפצועות לטיפול. האפליקציה תייעל את פעילות העמותה ותקצר משמעותית את הזמן הנדרש להעברת החיה הפצועה ליעד.

קבוצת MedTabula פיתחה אפליקציה המקשרת בין אנשים הזקוקים למזרק אפיפן (Epipen) באופן דחוף לבין אנשים שברשותם מזרק כזה בסביבה הקרובה. מדובר בהזרקת אנדרנלין לצורך טיפול בתגובה אלרגית מסוכנת, ולכן המהירות היא משתנה קריטי. האפליקציה מאפשרת לאדם הזקוק למזרק לאתר אנשים רלוונטיים בסביבתו הקרובה, ובמקרה חירום גם להזעיק אמבולנס.

הסטודנטים רון ופימוב, רנה חל ומורי לוינזון פיתחו אפליקציה לתחרויות הקלדה בזמן אמת. האפליקציה מסייעת בשיפור מיומנויות ההקלדה בטלפון בדרך מהנה של תחרות עם משתמשים אחרים.

בתחרות חביב הקהל זכו הקבוצות הבאות:

GRUT של הסטודנטים ג’סיקה שלי מילגרם, טניה דבייקין ואדיר אבסקר: רובוט קטן וחכם הנוסע בין העציצים והאדניות בבית, מנטר את הלחות והטמפרטורה בקרקע ומעביר את הנתונים לענן.

ABALONE של הסטודנטים ליטל קולץ, אלון נברו ודין מאירי שהוציאו את משחק החשיבה Abalone מהקופסה. הסטודנטים בנו רובוט “אבאלואינו” עם 4 צירי תנועה ו-5 מנועים. הרובוט מבצע מהלכים על לוח משחק פיזי. המהלכים מחושבים לפי אלגוריתם בינה מלאכותית לאסטרטגיית משחקים – MinMax עם גיזום AlphaBeta שמחשב עץ משחק ומשקלל כמה מהלכים קדימה.

משחק האמת והשקר של הסטודנטים אלון ארנברג, שי פלדמן, רון קנטורוביץ’, נדב אליאס, דן כליפה, שגיא לבנון וסיראג’ עותמן. זהו משחק חברתי שבו כל משתתף צריך להציג שני משפטים על עצמו, אחד אמיתי ואחד שקרי, והמשתתפים האחרים צריכים לנחש איזה משפט אמיתי ואיזה שקרי.

פרופ’ אילת פישמן מהטכניון: אבולוציה מכוונת ככלי לשיפור משמעותי בייצור דלק ביולוג

טכנולוגיה חדשה, המבוססת על אבולוציה מכוונת של אנזים טבעי, צפויה להאיץ ולייעל את ייצורם של דלקים מבוססי פסולת. את המחקר שהתפרסם ב-ChemCatChem הובילו פרופ’ אילת פישמן והדוקטורנט שלו גיחז מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון.

[su_image_carousel source=”media: 38477,38478″ slides_style=”minimal” crop=”none” align=”center” captions=”yes” autoplay=”3″]

האבולוציה, כפי שלמדנו מדרווין, פועלת על סמך מנגנון כפול של מוטציה וברירה טבעית. מוטציות הן תופעה אקראית המתרחשת באופן ספונטני בכל אורגניזם, ורובן חסרות משמעות עבורו. אולם לעתים, המוטציה מקנה לאורגניזם יתרון הישרדותי כלשהו, שיעבור בתורשה לצאצאיו, שיעבירו את המוטציה הלאה והיא תתקבע בגנום. זו הברירה הטבעית.

פרופ’ אילת פישמן, ראש המעבדה לביוקטליזה מולקולרית ויישומית, מפתחת שיטות ליצירת תגובות כימיות רצויות באמצעות אנזימים – מולקולות טבעיות שהתפתחו במיליארדי שנות אבולוציה. האנזימים עובדים היטב בסביבה הטבעית, ולכן יש להם יתרון על זרזים כימיים מלאכותיים המצריכים תנאים מיוחדים כגון טמפרטורות גבוהות ולחץ חזק. פרופ’ פרנסס ארנולד, שביקרה בטכניון לאחרונה, זכתה בפרס נובל בכימיה לשנת 2018 בדיוק בתחום הזה של אבולוציה מכוונת.

“למעשה אנחנו מחקים, או ממשיכים, את התהליך האבולוציוני,” מסבירה פרופ’ פישמן, “אבל עושים זאת באופן שמייעל את הפקת התוצרים הרצויים לנו – חומרי מזון, חומרי ניקוי וכו’. זאת באמצעות עידוד של מוטציות אקראיות וברירה לא טבעית שלהן, ברירה מבוקרת.”

חוקרי המעבדה מאיצים בשיטות מולקולריות את התפתחותן של מוטציות, יוצרים ספרייה של מאות אלפי מוטנטים ומתוכה בוחרים את המוטנטים המשופרים – משופרים מנקודת הראות של התפקוד שאנחנו מחפשים, למשל פירוק שומנים אם מדובר בחומרי כביסה. “על התהליך הזה של עידוד מוטציות, יצירת ספריות וברירה מבוקרת אנחנו חוזרים שוב ושוב עד שמקבלים את האנזים המתאים לתפקיד הרצוי.”

המאמר הנוכחי מציג טכנולוגיה חדשנית לייצור ביודיזל – דלק המיוצר מפסולת שמן, כלומר משיירי-שמן מדוכני פלאפל, ממפעלים וכו’. חשיבותו של הביודיזל בכך שהוא תופס את מקום של דלקים מבוססי מחצבים (בנזין למשל), שמקורותיהם הולכים ואוזלים וכרייתם פוגעת קשות בסביבה.

ביודיזל מופק כיום על ידי דחיסת מתנול ושמן באמצעות זרזים כימיים, המחייבים כאמור תנאי ייצור מיוחדים ויקרים. כאן, לעומת זאת, מציעים החוקרים לייצר את הביודיזל באמצעות אנזים טבעי: ליפאז (lipase). אנזים זה, המיוצר בלבלב, מפרק שומנים בדם וחיוני לפעילות תקינה של הגוף ולהתמודדות עם מצבי רפואיים כגון מחלות לבלב, אי ספיקת כליות ודלקות בכיס המרה.

הבעיה היא שליפאז אינו יציב בסביבות לא מימיות כגון מתנול, החיוני להפקת ביודיזל. לכן התמקדה קבוצת המחקר בשיפור של יציבות האנזים בריכוזי מתנול גבוהים. זאת באמצעות אותה גישה של אבולוציה מכוונת. “עודדנו היווצרות מוטציות של ליפאז, ואותן חשפנו למתנול במשך חצי שעה. ‘המולקולות השורדות’ עלו לשלב הבא, לסבב נוסף של מוטציות וברירה מבוקרת, עד שהתקבל אנזים שעמידותו למתנול גבוהה פי 100 מזו של האנזים המקורי.”

פרופ’ פישמן מבהירה שאין מדובר באבולוציה מכוונת בלבד, אלא גם בפעולות הנדסיות המושתתות על ניתוח מבנה האנזים במאיץ חלקיקים, על זיהוי המאפיינים המקנים לו עמידות לאתנול ועל שיפור תהליך הייצור באמצעות חומצה אמינית בשם ציסטאין.

לסיכום, באמצעות אבולוציה מכוונת וייצוב נוסף של האנזים באמצעים כימיים, הושגה עמידות חסרת תקדים – הליפאז המשופר יציב בנוזל המכיל 70% מתנול. החוקרים מעריכים כי הישג זה סולל את הדרך להרחבת ייצורו של הביודיזל ולקידום השימוש בו.

המחקר נערך בתמיכת מכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה (RBNI).

למחקר:

http://bit.ly/37fTADy

פרופ’ אילת פישמן היא דיקנית הסטודנטים בטכניון. יש לה תואר ראשון (בהצטיינות), שני ושלישי מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון. ב-2005, אחרי פוסט-דוקטורט באוניברסיטת קונטיקט ועבודה ממושכת במכון תמי אימי, היא חזרה לפקולטה כחברת סגל. מאז היא עומדת בראש המעבדה לביוקטליזה מולקולרית ויישומית.

פרופ’ פישמן זכתה בפרסים רבים ובהם פרסי גוטווירט ויולודן למצוינות במחקר ובפרסי הצטיינות בהוראה ובהם פרס ינאי למצוינות בחינוך האקדמי.  לאחרונה התמנתה לתפקיד דיקנית הסטודנטים, שבמסגרתו היא אחראית על מכלול הסיוע לסטודנטים במהלך לימודיהם – במלגות ובהלוואות, במעונות ובחונכות, בייעוץ פסיכולוגי, בסיוע למשרתי המילואים ובהעשרת חיי הקמפוס בפעילויות חברה ותרבות.

קבוצת מחקר מהטכניון פיתחה שיטה חדשנית לשימוש במיקרו-שחיינים כאמצעי ללכידה סלקטיבית של תאים בודדים, להחדרת מולקולות לתוכם באופן יעיל ומדויק ולהסעתם למקום הרצוי להמשך אנליזה. פלטפורמה זו תשמש לאבחון מחלות, לתרפיה תאית ולהעברת תרופות ממוקדת ותהווה כלי ניסויי למחקרים בביולוגיה מולקולרית.

[su_image_carousel source=”media: 38468,38469,38471,38467″ slides_style=”minimal” crop=”none” align=”center” captions=”yes” autoplay=”3″]

מיקרו-שחיינים, הנקראים לעיתים גם “חלקיקים אקטיביים” או “מיקרו-מכונות”, הם חלקיקים זעירים בעלי יכולת הנעה עצמית. בשנים האחרונות התגלו חלקיקים אלה ככלים מיקרוסקופיים וננוסקופיים מבטיחים לאנליזה של תא בודד, להעברת תרופות, לנטרול רעלים, לטיפול סביבתי, לריפוי עצמי ועוד. התנועה העצמית (אוטונומית) של החלקיקים האקטיביים מבוססת על יכולתם לקצור אנרגיה ולנצלה באופן לא-סימטרי, מה שמוביל להפעלת כוחות מקומיים המניעים אותם.

את המחקר הוביל פרופ’ גלעד יוסיפון מהפקולטה להנדסת מכונות עם הפוסט-דוקטורנטים ד”ר יואה וו מהפקולטה להנדסת מכונות וד”ר אפו פו מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Science Advances.

לדברי פרופ’ יוסיפון, “במחקר הנוכחי הצלחנו להראות לראשונה כי באמצעות שדה חשמלי חיצוני יחיד אנו מסוגלים לבצע מגוון פעולות הכוללות לכידה והובלה של חיידקים וכן אלקטרופורציה סלקטיבית שלהם. זו גישה גנרית שאפשר ליישם לא רק בחיידקים אלא על מגוון רחב של סוגי תאים ומיקרו-שחיינים.”

אלקטרופורציה היא שיטה שבה מופעל שדה חשמלי על התא כדי להגביר את חדירותה של הממברנה וכך להכניס לתא מולקולות, תרופות, די-אן-איי וחומרים אחרים. בין השאר משמשת השיטה להחדרת די-אן-איי לתוך חיידקים כדי לאלץ אותם לשכפל את אותו די-אן-איי.

שיטות האלקטרופורציה הקיימות מאפשרות לבצע אותה רק על קבוצת תאים גדולה בעת ובעונה אחת, ולא על תא בודד מסוים. פריצת הדרך של פרופ’ יוסיפון מאפשרת אלקטרופורציה והחדרת מולקולות לתא בודד מסוים. ועדיין, השיטה החדשה מאפשרת גם לבצע אלקטרופורציה בתאים רבים בעת ובעונה אחת, וזאת באמצעות הנעה אוטונומית של המיקרו-שחיינים. יעילות התהליך החדש נובעת בין השאר מאלקטרופורציה מקומית המופעלת על חלק מהתא ומגדילה את סיכויי ההישרדות שלו ובכך את אחוזי ההצלחה של התהליך. למעשה זוהי מעין “מעבדה-על-חלקיק”, המבוססת על מיקרו-שחיינים. מלבד יתרונותיהן הקיימים של “מעבדות על שבב” – ניידות, יעילות ועוד – הפלטפורמה החדשה – מתגברת על אתגרים כגון סיבוכיות ותכנון מוקדם, שכן אין עוד צורך לייצר שבב עם מערכת מיקרו-תעלות ואלקטרודות עם גיאומטריה קבועה שתוכננה מראש. בנוסף, בניגוד לטכניקות אחרות המפותחות כיום לטובת אלקטרופורציה על תא בודד, הטכנולוגיה החדשה אינה מצריכה גישה לתא מבחוץ, דוגמת מיקרו-מניפולטורים חיצוניים, שכן היא מאפשרת השפעה על התא על ידי חלקיק אקטיבי גם בחללים סגורים שאליהם אין גישה מבחוץ.

הגישה הודגמה בהצלחה על חיידקים ועל חלקיקי יאנוס – חלקיקים אקטיביים מלאכותיים עם ציפוי מתכתי לא אחיד לצורך שבירת הסימטריה. חלקיקים אלה מהווים בפועל אלקטרודה צפה הנשלטת על ידי המפעיל. השיטה הזאת ישימה במגוון רחב של תאים ומיקרו-מכונות, וקבוצת המחקר של פרופ’ יוסיפון עובדת על הרחבתה לתאים אנושיים וכן לסוגי מטען שונים ולמיקרו-מכונות שונות.

המחקר נתמך על ידי קרן המדע הישראלית (ISF) ו-GTIIT (מכון גואנגדונג-טכניון-ישראל לטכנולוגיה), שסיפק מלגה נדיבה לפוסט-דוקטורנטית ד”ר יואה וו.

למאמר המלא ב- Science Advances  לחצו כאן