חודש: אוקטובר 2021

הטכניון העניק אתמול (א’) תואר “דוקטור לשם כבוד” לקנצלרית גרמניה ד”ר אנגלה מרקל. ד”ר מרקל קיבלה את התואר בטקס חגיגי שהתקיים במלון המלך דוד בירושלים על תמיכתה האיתנה והעקבית במדינת ישראל, במדע ובהשכלה בכלל ובקשרי המדע בין גרמניה וישראל בפרט; על מאבקה חסר הפשרות באנטישמיות ובגזענות; ועל היותה מופת לשילוב בין מנהיגות נדירה, תבונה ואנושיות.

נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון, שהעניק לקנצלרית מרקל את תואר הכבוד, אמר בטקס כי “הקנצלרית מרקל נתפסת בעיני רבים כמנהיגה הבולטת של זמננו. כמנהיגה החותרת בהתמדה לשיפור חייהם של מיליונים ברחבי העולם, הקנצלרית מרקל מעולם לא היססה להתייצב נוכח האתגרים העולמיים והמקומיים ולהתמודד עם המציאות על מצוקותיה. את כל אלה עשתה תוך הפגנת חמלה ואחריות חברתית.”

דוקטור לשם כבוד הוא ההוקרה הגבוהה ביותר שמעניק הטכניון לאישים שהתבלטו בפועלם המדעי יוצא הדופן או בתרומתם לישראל, לעם היהודי ולאנושות. עם מקבלי התואר בעבר נמנים חיים ויצמן (1952), אלברט אינשטיין (1953), נילס בוהר (1958), דוד בן גוריון (1962), יוג’ין ויגנר (1971), מרגרט תאצ’ר (1989) ויצחק רבין (1990). לרשימה המכובדת הצטרפה אתמול הקנצלרית מרקל, המנהיגה המשפיעה ביותר בתקופתנו.

“אני גאה על קבלת תואר הכבוד מהטכניון כמדענית ולא רק כפוליטיקאית,” אמרה הקנצלרית מרקל, “שכן המדע והטכנולוגיה הם כלים לקידום הכלכלה והחברה. ישראל קמה על סמך חזון שהיה מדעי-טכנולוגי לא פחות משהיה מדיני, וחלק מההתחלות התרחשו בטכניון. הטכניון שימש אבן יסוד בהתפתחות ההייטק ובמה שקרוי כיום ‘אומת הסטארטאפ’.”

הקנצלרית מרקל אמרה כי “ההובלה של הטכניון ניכרת גם במחקר הקורונה, עם 50 מעבדות שנרתמו למחקרים הקשורים בכך, ולגרמניה יש מה להתקנא בעניין הזה. אנחנו משתאים לנוכח המהירות שבה אוספים בישראל את הנתונים, נתונים המשרתים את העולם כולו ותורמים למאבק בנגיף.”

“הטקס היום משקף את ההיסטוריה הגרמנית-יהודית במאות ה-20 וה-21, את השפעתם של המדע והתרבות הגרמניים על הולדתם של הטכניון ושל מדינת ישראל, את השואה ואת הפיוס בדור הנוכחי,” אמר נשיא הטכניון פרופ’ סיון. “קשה לחשוב על אדם שמסמל את הפיוס הזה, תוך קבלת אחריות על אותן תקופות אפלות, יותר מכלת הפרס הקנצלרית ד”ר אנגלה מרקל. אנו מצדיעים לך על כל מה שהענקת לגרמניה, לישראל ולאנושות. לעולם נהיה אסירי תודה.”

בהתייחסות לחינוך נגד האנטישמיות בגרמניה ובאירופה כולה אמרה מרקל כי “חשוב להתחיל בחינוך בנושא הזה בשלב מוקדם. התלמידים בגרמניה יוצאים לסיורים במחנות הריכוז, וברחובות יש סימונים שמנציחים את הבתים שהיו בעבר של יהודים. אני מאמינה שדרך הסיפורים האישיים קל יותר לצעירים להתחבר לנושא. הרבה אנשים פועלים נגד האנטישמיות והאלימות, אבל לצערי עוד יש מה לשפר ואין ספק שצריך לעשות יותר.”

במעמד החגיגי השתתפו שגרירת גרמניה בישראל ד”ר סוזנה ואזום-ריינר, שגריר ישראל בגרמניה ג’רמי יששכרוף, יו”ר הוועד המנהל של הטכניון מר גדעון פרנק, חתן פרס נובל פרופ’-מחקר אהרן צ’חנובר, נשיא הטכניון לשעבר פרופ’-מחקר יצחק אפלויג, נשיא הטכניון לשעבר ויו”ר אגודת ידידי הטכניון בישראל פרופ’ פרץ לביא, המשנה הבכיר לנשיא הטכניון פרופ’ עודד רבינוביץ’, סגן נשיא הטכניון לקשרי חוץ ופיתוח משאבים פרופ’ אלון וולף, דיקנית הפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון פרופ’ מרסל מחלוף וסטודנטיות לתארים מתקדמים – לינה מדלג’ (הפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי) ואסיל שומר (הפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון).

הקנצלרית מרקל, ילידת 1954, היא בעלת תואר דוקטור בכימיה קוונטית מהאקדמיה הגרמנית למדעים בברלין. היא נכנסה לחיים הפוליטיים בשנת 1989 לאחר נפילת חומת ברלין וב-2005 התמנתה לקנצלרית גרמניה, תפקיד שבקרוב תפרוש ממנו אחרי 16 שנות כהונה.

לצפייה בטקס ההענקה:

[su_youtube url=”https://youtu.be/fKqzynZSMRk” width=”700″ height=”200″]

היום (10 לאוקטובר) יעניק הטכניון תואר “דוקטור לשם כבוד” לקנצלרית גרמניה ד”ר אנגלה מרקל בטקס שיתקיים בירושלים. ד”ר מרקל, שצפויה להגיע לישראל (לאחר דחיית ביקורה באוגוסט), תקבל את התואר על תמיכתה האיתנה והעקבית במדינת ישראל, במדע ובהשכלה בכלל ובקשרי המדע בין גרמניה וישראל בפרט; על מאבקה חסר הפשרות באנטישמיות ובגזענות; ועל היותה מופת לשילוב בין מנהיגות נדירה, תבונה ואנושיות.

נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון אמר כי “הקנצלרית מרקל נתפסת בעיני רבים כמנהיגה הבולטת של זמננו. דרכה הובילה אותה מקריירה מדעית מרשימה בכימיה קוונטית לקריירה מדינית יוצאת דופן בעידן של שינויים טקטוניים – מסיומה של המלחמה הקרה ועד איחודה של גרמניה. בתקופת כהונתה היא הנהיגה את גרמניה ואת אירופה כולה נוכח משבר כלכלי גלובלי וקליטת מהגרים ממלחמות אזרחים ומסכסוכים חמושים אחרים במזרח התיכון ובאפריקה.”

פרופ’ סיון הוסיף כי “כמנהיגה החותרת בהתמדה לשיפור חייהם של מיליונים ברחבי העולם, הקנצלרית מרקל מעולם לא היססה להתייצב נוכח האתגרים העולמיים והמקומיים ולהתמודד עם המציאות על מצוקותיה. את אלה עשתה תוך הפגנת חמלה ואחריות חברתית.”
פרופ’ סיון הודה לקנצלרית מרקל ואמר: “אנו מצדיעים לך על כל מה שהענקת לגרמניה, לישראל ולאנושות. לעולם נהיה אסירי תודה.”

בטקס שיתקיים בירושלים היום, יום ראשון, יעניק נשיא הטכניון פרופ’ סיון לקנצלרית מרקל את תואר הכבוד. במעמד החגיגי ישתתפו יו”ר הוועד המנהל של הטכניון מר גדעון פרנק, חתן פרס נובל פרופ’-מחקר אהרן צ’חנובר, נשיא הטכניון לשעבר פרופ’-מחקר יצחק אפלויג, נשיא הטכניון לשעבר ויו”ר אגודת ידידי הטכניון בישראל פרופ’ פרץ לביא, המשנה הבכיר לנשיא הטכניון פרופ’ עודד רבינוביץ’, סגן נשיא הטכניון לקשרי חוץ ופיתוח משאבים פרופ’ אלון וולף, דיקנית הפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון פרופ’ מרסל מחלוף וסטודנטיות לתארים מתקדמים – לינה מדלג’ (הפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי) ואסיל שומר (הפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון).

הקנצלרית מרקל, ילידת 1954, היא בעלת תואר דוקטור בכימיה קוונטית מהאקדמיה הגרמנית למדעים בברלין. היא נכנסה לחיים הפוליטיים בשנת 1989 לאחר נפילתה של חומת ברלין. ד”ר מרקל, שנבחרה לקנצלרית גרמניה ב-2005, תפרוש בקרוב מהחיים הפוליטיים אחרי 16 שנים בתפקיד. היא האישה הראשונה שכיהנה בתפקיד זה.

הקנצלרית מרקל עמדה בראש המפלגה הנוצרית-דמוקרטית מאז שנת 2000 ועד 2018. בשנותיה כקנצלרית היא קידמה שיתוף פעולה בין-לאומי ותוארה כמנהיגה-בפועל של האיחוד האירופי. העיתון The New York Times הגדיר אותה כ”אחרונת המגינים של המערב הליברלי”. מרקל הפגינה תמיכה עקבית בישראל והתנגדות נחרצת לאנטישמיות. בברכתה לממשלה הישראלית החדשה שהושבעה ביוני 2021 היא אמרה כי ישראל וגרמניה “קשורות זו לזו בידידות ייחודית שאנו מבקשים לחזק.”

דוקטור לשם כבוד הוא ההוקרה הגבוהה ביותר שמעניק הטכניון לאישים שהתבלטו בפועלם המדעי יוצא הדופן או בתרומתם לישראל, העם היהודי והאנושות. עם מקבלי התואר בעבר נמנים חיים ויצמן (1952), אלברט אינשטיין (1953), נילס בוהר (1958), דוד בן גוריון (1962), יוג’ין ויגנר (1971), מרגרט תאצ’ר (1989) ויצחק רבין (1990). לרשימה המכובדת מצטרפת כעת הקנצלרית מרקל, המנהיגה המשפיעה ביותר בתקופתנו.

לצפייה בטקס – לחצו כאן

הלימודים בטכניון יחלו רשמית רק ב-24 באוקטובר, אבל כ-400 סטודנטיות וסטודנטים חדשים בטכניון כבר משתתפים בקורס הכנה מיוחד שהחל שלושה שבועות לפני פתיחת שנת הלימודים. יוזם הקורס, המשלב הכנה מתמטית עם מעטפת חווייתית וחברתית, הוא ד”ר אביב צנזור מהפקולטה למתמטיקה.

הקורס ניתן לסטודנטים ולסטודנטיות בחינם, כשירות מיוחד מטעם הטכניון, כדי להקל עליהם את ההתאקלמות בשנת הלימודים הראשונה. הוא מתקיים בקמפוס הטכניון במתכונת לימודים פנים אל פנים ובמקביל מוצע מסלול מקוון.

“סדנת ההכנה, שנועדה להכין את הסטודנטים ואת הסטודנטיות ללימודים בטכניון, היא שירות חשוב מאוד עבורם,” אמר המשנה הבכיר לנשיא הטכניון פרופ’ עודד רבינוביץ’. “השנה הראשונה בלימודים בטכניון בכל הפקולטות היא שנה מורכבת ומאתגרת במיוחד, והסטודנטים חשים בהבדל בין דרישות הלימודים בבית הספר לדרישות האקדמיות בטכניון. יתר על כן, בתקופת הקורונה נוספה לכך הלמידה בזום שפגעה בהרגלי הלמידה של הסטודנטים. חשוב לנו שיתחילו את הלימודים ברגל ימין.”

פרופ’ רבינוביץ’ אמר כי “הצלחתם של הסטודנטים והסטודנטיות היא ההצלחה שלנו, ולכן אנחנו פועלים ככל יכולתנו כדי לסייע להם בתהליך ההתאקלמות בטכניון. לא הסתפקנו רק בסדנת הכנה אקדמית ובהשלמת פערים במתמטיקה, אלא הכנסנו לקורס ההכנה גם ממד חברתי שחלק מרכזי בו הוא עצם השהות הפיזית והלמידה בקמפוס. הטכניון אפשר לסטודנטים המעוניינים בכך להקדים את מועד כניסתם למעונות כדי שיוכלו ליהנות מהקרבה לכיתות ומהאווירה החברתית של הקמפוס כבר במהלך סדנת ההכנה. ראוי לציין שכל הגורמים האקדמיים והמנהליים בטכניון ובראשם לימודי הסמכה נרתמו בשמחה לטובת הקורס. עברנו שנה וחצי מאתגרות בהחלט, וזוהי הסנונית הראשונה של חזרה לשגרת לימודים מוצלחת בקמפוס.”

שנת הלימודים הראשונה בטכניון מורכבת בחלקה הגדול מקורסי מבוא במתמטיקה, פיזיקה, כימיה ומחשבים. הניסיון שהצטבר בטכניון מלמד שהכנה טובה משפרת מאוד את ההשתלבות בלימודים ואת הישגיהם של הסטודנטים. זה הרקע לפתיחת הקורס החדש, שיינתן כאמור בחינם לסטודנטים החדשים שנרשמו אליו. קורס זה, בהיקף 40 שעות לימוד, יעניק לסטודנטים היכרות ראשונית עם דרישות המתמטיקה בטכניון ועם עולם המושגים הרלוונטי. הלימודים מתקיימים במבנה של כיתה הפוכה ומתבססים על קורס ההכנה המתוקשב של הטכניון. הסטודנטים משתתפים בתרגולים עם מיטב המרצים והמרצות למתמטיקה בטכניון, תרגול בקבוצות למידה ופגישות עם סטודנטים ותיקים שישמשו חונכים לסטודנטים החדשים. התוכן הלימודי בקורס יהיה מתמטי, אולם המשתתפים ייהנו גם מסדנאות של מרכז היזמות בטכניון ושל המרכז לייעוץ ותמיכה בסטודנטים (אסטרטגיות למידה וניהול זמן), הרצאות על בריאות וסיור במרכז הספורט שהוא מהמתקדמים בארץ, וממפגשים עם סטודנטים ותיקים והיכרות עם מרחבי הלמידה ושירותים אחרים בקמפוס, מפעילויות חברה ותרבות של לשכת דיקנית הסטודנטים ועוד.

חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטת צפון קרוליינה (UNC) פיתחו אלגוריתם המוביל מחטים ניתוחיות במסלולים תלת-ממדיים מעוקלים. החוקרים – ד”ר אורן זלצמן מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב בטכניון ופרופ’ רון אלטרוביץ’ ומנגיו פו מצפון קרוליינה – פרסמו את הפיתוח בכנס היוקרתי Robotics: Science and Systems  שהתקיים לאחרונה במתכונת מקוונת.

פעולות רפואיות רבות, כגון ביופסיה ושיגור ממוקד של תרופות אנטי-סרטניות לגידולים, מצריכות הובלה של מחט בתוך הרקמה. מחטים ישרות יכולות “לעשות את העבודה” במקרה שהדרך הישרה מנקודת הכניסה אל רקמת היעד אינה עוברת דרך רקמות פגיעות; אולם במקרים רבים, רקמת היעד “מסתתרת” מאחרי עצם או רקמה פגיעה כלשהי, ואז נדרש המנתח לעקוף את המכשול – משימה קשה ומורכבת, בוודאי כשמדובר באזורים פגיעים ורגישים.

בשנים האחרונות פותחו על רקע זה מחטים בעלות חוד משופע, הנשלטות על ידי דחיפה וסיבוב של בסיס המחט. הבעיה היא שהכוונתן של מחטים כאלה אינה פשוטה ואינטואיטיבית, וניהוגן הידני כרוך בסיכונים רבים. לשם כך פותחו “אלגוריתמים לתכנון תנועה” שמטרתם לכוון את המחט באופן מדויק ובטוח. אלגוריתמים אלה מפגינים יכולות מרשימות, ועדיין, מאחר שמדובר בתהליכים פולשניים, הדיוק הנדרש גבוה מאוד, אחרת מערכות אלה לא יקבלו אישור רגולטורי.

הפיתוח שהציגו שני החוקרים בכנס הוא אלגוריתם תכנון תנועה חדשני למחטים הניתנות לניהוג, והוא ממחיש את חשיבותם של מדעי המחשב בפתרון של בעיות הנוגעות לרפואה ולהנדסה ביו-רפואית. האלגוריתם החדש מחשב עבור המחט, על בסיס סריקות רלוונטיות כגון MRI או CT, את המסלול האופטימלי שיוביל אותה אל היעד תוך הימנעות מפגיעה במכשולים אנטומיים שונים. בניגוד לאלגוריתמים קיימים, אלגוריתם זה מספק “ערבות” (guarantee) שהמחט לא תפגע ברקמות אלה; במקרה שאין אפשרות לכניסה בטוחה כזו הוא יתריע על כך. יתר על כן, הוא מחשב את המסלול במהירות גבוהה יחסית לאלגוריתמים מתחרים ובשיעורי הצלחה גבוהים יותר. לדברי החוקרים, הטכנולוגיה שהוצגה בכנס מהווה פרדיגמה אלגוריתמית חדשה (new algorithmic foundation) הצפויה להוביל ליישומים נוספים בניהוג מחטים ניתוחיות.

ד”ר אורן זלצמן הצטרף לסגל הטכניון בקיץ 2019 אחרי פוסט-דוקטורט במכון לרובוטיקה באוניברסיטת קרנגי מלון. הוא ראש המעבדה לרובוטיקה חישובית (CRL) בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב. המחקר הנוכחי נתמך על ידי מכוני הבריאות האמריקאים (NIH) , משרד המדע והטכנולוגיה הישראלי והקרן הדו-לאומית למדע ארה”ב-ישראל (BSF).

להמשך קריאה על הפיתוח – לחצו כאן

פרופ’ שכטמן, חבר סגל בפקולטה למדע והנדסה של חומרים, גילה את הגבישים הייחודיים בשנת 1982. באותה שנה הוא שהה במעבדות NBS במרילנד, ארה”ב, לשם הוזמן על ידי  ד”ר ג’ון כאהן.

במרילנד עסק פרופסור שכטמן בייצור חומרים מתכתיים על ידי התמצקות מהירה. מה שראה במיקרוסקופ האלקטרונים החודר באותו יום, 8 באפריל 1982, נחשב במשך 70 השנים שקדמו לכך לתופעה בלתי אפשרית: קיומו של גביש בעל סימטריה סיבובית מחומשת. בנובמבר 1984, שנתיים לאחר התגלית, פורסם המאמר של פרופ’ שכטמן ועמיתיו בכתב העת Physical Review Letters.

בעקבות התגלית ואישושה שינתה האגודה הבינלאומית של מדעני הקריסטלוגרפיה את הגדרת הגביש מיסודה, ובישראל זכה המבנה החדש בכינוי “שכטמנית”.
פרופ’ שכטמן פרץ את הדרך לתחום חדש המעסיק קבוצות מחקר רבות ברחבי העולם. ב-1987 נערכה לראשונה דיפרקציית קרני X בגבישים קוואזי-מחזוריים, שצמצמה את ההתנגדות לקבלת ממצאיו של פרופ’ שכטמן. לפני כעשור התגלו גבישים כאלה במטאוריט שנפל בחצי האי קמצ’טקה, רוסיה, מטאוריט שככל הנראה נוצר בהתנגשות בין שני אסטרואידים. בקיץ האחרון הוצגו ב-PNAS, רשומות האקדמיה האמריקאית למדעים, ראיות לכך שגבישים קוואזי-מחזוריים נוצרו בפיצוץ האטומי הידוע הראשון בהיסטוריה – ניסוי “טריניטי” שהתרחש ב-16 ביולי במדינת ניו-מקסיקו בארצות הברית ביולי 1945.

הכתבה באתר הטכניון, 5 באוקטובר 2011

פרופ’-מחקר שכטמן: הרצאת נובל, 8 בדצמבר 2011

וידאו: טקס לרגל הזכייה, 24 בנובמבר 2011

שני ביטון ושיינה גנדלמן, סטודנטיות לתואר שני בפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון, כתבו אלגוריתם החוזה את סיכוייו של הנבדק לפתח בחמש השנים הבאות פרפור פרוזדורים – הפרעת לב העלולה להוביל לתוצאות קריטיות. המחקר נעשה בהנחייתו של של ד”ר יואכים בהר, ראש המעבדה לבינה מלאכותית ברפואה (במ”ר).

פרפור פרוזדורים הוא הפרעה בקצב הלב שאינה מסכנת חיים באופן מיידי אך מגבירה משמעותית את הסיכון לשבץ ולמוות. כיום ידוע כי התנהגויות מסוימות כגון אורח חיים יושבני, עישון והשמנת יתר מגבירות את הסיכון לפרפור פרוזדורים, ולכן התרעה על סיכון כזה עשויה לאפשר לאדם לנקוט צעדים מפחיתי-סיכון ולהיכנס לשגרת מעקב שתאפשר זיהוי מוקדם של הבעיה.

הסטודנטיות אימנו מערכת של למידה עמוקה (רשת נוירונים רבודה) באמצעות יותר ממיליון רישומי אק”ג של יותר מ-400,000 מטופלים, וכך יצרו מנגנון לניבוי  סיכוייו של האדם לפתח פרפור פרוזדורים בטווח של חמש שנים. לאחר מכן הן שילבו בין רשת הנוירונים העמוקה לבין מידע קליני על המטופל. מודל זה הצליח לחזות נכונה את הסיכון להתפתחות פרפור פרוזדורים ב-60% מהמקרים, תוך שמירה על שיעור ספציפיות גבוה של 95% (כלומר רק 5% מהאנשים שזוהו כאנשים בסיכון לא פיתחו את המחלה).

לדברי ד”ר בהר, “אין בכוונתנו להחליף את הרופא האנושי אבל ברצוננו לתת בידיו כלים טובים יותר שיתמכו בו בקבלת ההחלטות. כלים חישוביים מתקדמים יודעים לעבד נתונים באופן יעיל ומדויק יותר מכל אדם, ולמידה עמוקה מאפשרת זיהוי של דפוסים שלא היו ידועים לנו. במהלך ההיסטוריה התקדמו הרופאים ממדידת דופק ידנית לסטטוסקופ וממנו לאק”ג, ואנחנו מאמינים שניתוח אק”ג על סמך למידת מכונה הוא צעד חשוב נוסף שישפר משמעותית את איכות האבחון והמניעה.”

לדברי החוקרים, כיוון שאק”ג היא בדיקה שגרתית וזולה יחסית, אפשר לשלב את מודל למידת המכונה בפרקטיקה הקלינית וכך לשפר את ניהול שירותי הבריאות. גישה למערכי נתונים נוספים תאפשר לאלגוריתם להשתפר בהדרגה ככלי לחיזוי סיכון. יתר על כן, אפשר להתאים את המודל לניבוי מחלות אחרות של לב וכלי דם.

המחקר נערך בשיתוף עם אנטוניו ריביירו מאוניברסיטת אופסלה בשוודיה ועם גבריאלה מיאנה, קרלה מוריירה ואנטוניו לואיס ריביירו מ-Universidade Federal de Minas Gerais בברזיל. רישומי האק”ג והרישומים הרפואיים האלקטרוניים של המטופלים סופקו על ידי Telehealth Network of Minas Gerais , מערכת טלה-בריאות ציבורית שמסייעת לרוב הרשויות המקומיות במדינת מינאה ז’ראיס, ברזיל.

המחקר פורסם ב- European Heart Journal – Digital Health

חוקרים ישראליים וגרמנים פיתחו מערך המורכב מלייזרים ניצבים קטנים רבים אך פועל כמקור אור אחד, וכל זאת בנפח של גרגר חול. פריצת דרך זו של חוקרי הטכניון וחוקרי אוניברסיטת וירצבורג פורסמה לאחרונה במאמר משותף בכתב העת היוקרתי Science.

ויקסלים (VCSELs) הם התקני לייזר זעירים הממלאים תפקיד חיוני במגוון רחב של פיתוחים טכנולוגיים ובהם טלפונים סלולריים, חיישני רכב ורשתות של סיבים אופטיים לתעבורת נתונים. ממדיהם הזעירים, שהם כמובן בגדר יתרון עצום ביישומים אלה ואחרים, מציבים מגבלה על הספק האור הנפלט מהם. במילים אחרות, הם מייצרים קרינה מוגבלת מאוד בעוצמתה. במשך שנים מנסים מדענים להגביר הספק זה באמצעות חיבור של ויקסלים זעירים רבים ואילוצם לפעול כלייזר קוהרנטי בודד, אך עד כה לא הושגה הצלחה משמעותית בכך. מכאן חשיבותה של פריצת הדרך שהתפרסמה ב-Science: לייזר קוהרנטי המורכב מוויקסלים רבים. המפתח להישג זה טמון בסידור גאומטרי ייחודי של הוויקסלים על השבב הפוטוני; סידור זה, המאלץ את האור לנוע ולזרום במסלול ספציפי, מבוסס על פלטפורמה של מבודד טופולוגי פוטוני.

ממבודדים טופולוגיים ללייזרים טופולוגיים

מבודדים טופולוגיים הם חומרים קוונטיים מהפכניים המאופיינים בכך שעל פני השטח שלהם הם מוליכים חשמל, ויתר על כן, מוליכים אותו ללא אובדן אנרגיה, ואילו בתוכם הם מבודדים, כלומר אינם מוליכים חשמל כלל. קבוצת המחקר של פרופ’-מחקר מרדכי (מוטי) שגב מהפקולטות לפיזיקה ולהנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי בטכניון יישמה רעיונות חדשניים אלה בתחום הפוטוניקה כבר לפני כמה שנים כשהציגה את המבודד הטופולוגי הפוטוני הראשון. במערכת זו נע האור סביב שוליו של מערך דו-ממדי של מוליכי-גל, כאשר תנועה זו אינה מושפעת מנוכחות של פגמים או אי-סדר. מחקר זה פתח תחום מחקר חדש המכונה כיום “פוטוניקה טופולוגית” ומעסיק מאות קבוצות מחקר ברחבי העולם. בשנת 2018 פיתחה קבוצת המחקר של פרופ’-מחקר שגב דרך להשתמש בתכונות של מבודדים טופולוגיים פוטוניים כדי לגרום ללייזרים רבים להינעל יחד ולפעול באופן קוהרנטי כלייזר בודד. אך עדיין, גם במערכת זו הייתה מגבלת הספק: האור הבוקע מהלייזרים נפלט בתוך המישור של השבב הפוטוני, אשר הוא גם אותו מישור בו האור התקדם בין לייזר ללייזר. פליטת האור בתוך המישור הגבילה את היכולת להוציא את האור ממערך הלייזרים בצורה יעילה ויצרה צוואר בקבוק. פירושו של דבר שההתקן המוציא את האור החוצה מגביל מאוד את הספק המוצא, בדומה לשקע חשמל בודד המשמש תחנת כוח שלמה. פריצת הדרך הנוכחית מבוססת על שיטה אחרת: הלייזרים “ננעלים” באמצעות מעבר פוטונים בין הלייזרים בתוך מישור השבב הפוטוני, אבל האור נפלט כעת בניצב לשבב, בוקע מהמשטח, ולכן מאפשר לקבץ  את אלומת האור הכוללת בקלות.

פרויקט מחקר ישראלי-גרמני זה יצא לדרך בתקופת מגפת הקורונה ולכן הצריך מחויבות רבה במיוחד של כל החוקרים המעורבים. את המחקר ערכו הדוקטורנט אלכס דיקופולצב מקבוצת המחקר של פרופ’-מחקר שגב, בשיתוף פעולה עם הדוקטורנט ערן לוסטיג וד”ר קובי לומר מהטכניון, וע”י  הדוקטורנט טריסטן הארדר מקבוצת המחקר של פרופ’ סבסטיאן קלמבט ופרופ’ סוון הופלינג מאוניברסיטת וירצבורג בגרמניה בשיתוף עם חוקרים מוינה ומאולדנבורג.

הדרך הארוכה ללייזרים טופולוגיים חדשים

“מרתק לראות כיצד המדע מתפתח,” אמר פרופ‘-מחקר שגב, מחזיק הקתדרה ע“ש ד“ר בוב שילמן וחבר האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים. “מעקרונות חדשניים בפיזיקה בסיסית עברנו לשינויים יסודיים בפיזיקה הטופולוגית וכעת יצרנו טכנולוגיה אמיתית אשר חברות מסחריות כבר מגלות בה עניין. בשנת 2015, כשהתחלנו לעבוד על לייזרים מבודדים טופולוגית, איש לא האמין שזה אפשרי מפני שהידע על פיזיקה טופולוגית באותו זמן היה מוגבל למערכות שאינן מכילות הֶגְבֵּר – ויותר מכך – אינן יכולות להכיל הגבר. אבל לייזרים מבוססים על הגבר, ולכן הרעיון של לייזרים מבודדים טופולוגיים עמד בניגוד לכל מה שהיה ידוע באותו הזמן. היינו כמו חבורה של “הזויים” המחפשת משהו שנחשב לבלתי אפשרי. לאחר דרך ארוכה – עשינו עכשיו צעד גדול לקראת טכנולוגיה אמיתית שיש לה יישומים רבים.”

 

קבוצות המחקר בישראל ובגרמניה השתמשו בעקרונות של פוטוניקה טופולוגית עבור מערך של ויקסלים הפולטים אור באופן אנכי, בניצב למישור השבב הפוטוני,  ואילו התהליך הטופולוגי האחראי לקוהרנטיות הגורם לויקסלים לפעול כלייזר יחיד מתרחש במישור  השבב. התוצאה הסופית היא לייזר עוצמתי אך קומפקטי ויעיל מאוד שאינו מוגבל על ידי מספר הויקסלים ומבלי שיופרע על ידי פגמים או שינויי טמפרטורה.

“העיקרון הטופולוגי של הלייזר הזה יכול לעבוד באופן כללי על כל אורכי הגל ולכן על מגוון של חומרים,” מסביר פרופ‘ סבסטיאן קלמבט מאוניברסיטת וירצבורג. “המספר של מיקרו-לייזרים אשר ניתן לחבר בצורה זו יהיה תמיד תלוי לחלוטין ביישום. אנו יכולים להרחיב את רשת הלייזרים לרשת גדולה מאוד, ובעיקרון היא תישאר קוהרנטית גם במספר גדול של לייזרים. נהדר לראות שטופולוגיה, שבמקור היא ענף של מתמטיקה, הפכה להיות ארגז כלים חדש ומהפכני לשליטה, הנחיה ושיפור תכונות של לייזר.”

 

המחקר פורץ הדרך הדגים כי מבחינה תיאורטית וניסויית אפשר לאחד ויקסלים כדי להשיג לייזר יעיל ביותר על שבב פוטוני. על כן, תוצאות המחקר סוללות את הדרך לפיתוחן של טכנולוגיות עתידיות בתחומים רבים ובהם סלולר, התקנים רפואיים, תקשורת ותחבורה.

המחקר נערך במכון למצב מוצק בשיתוף עם מרכז הקוונטום ע”ש הלן דילר ומכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה (RBNI) בטכניון.

 

 

למאמר המופיע ב-Science  לחצו כאן

השבוע תתקיים בבאר שבע תחרות פורמולה סטודנטים הראשונה בישראל בהשתתפות שלוש אוניברסיטאות: הטכניון, אוניברסיטת תל אביב ואוניברסיטת בן גוריון. הסטודנטים שנאלצו להיעדר בשנתיים האחרונות מהתחרויות בחו”ל בשל מגפת הקורונה ייסדו את תחרות פורמולה סטודנטים הישראלית הראשונה.

את נבחרות הטכניון לתחרויות פורמולה מובילה מאז 2013 הפקולטה להנדסת מכונות. על ההנחיה האקדמית מופקד פרופ’ ליאוניד טרטקובסקי שהחליף את פרופ’ ראובן כץ שהנחה את הפרויקט בשנים 2019-2013.

השנה התגבשה הקבוצה הטכניונית הגדולה ביותר בתולדות תחרויות פורמולה סטודנטים – יותר מ-55 סטודנטים ממגוון פקולטות ובראשם מואנס עומרי, סטודנט לתואר שני בפקולטה להנדסת מכונות. עומרי משתתף בפרויקט הפורמולה בטכניון כבר שלוש שנים, בתחילה כמתנדב ונהג, בהמשך ראש צוות מנוע ומאז 2021 הוא ראש הפרויקט בטכניון. כנהג הוא הספיק לנהוג במקצה השמיניות (Skidpad) בתחרות שהתקיימה בצ’כיה בקיץ 2019, רגע לפני שהקורונה הגיחה לעולם. באותה תחרות הציג הטכניון את המכונית הקלה ביותר בהיסטוריה של התחרות – 132 קילוגרם של טכנולוגיה מתקדמת. זאת לאחר שתוך שלוש שנים בלבד השילה פורמולה טכניון 120 קילוגרמים ממשקלה.

 

“אחרי שנתיים שבהן לא יכולנו להשתתף בתחרויות באירופה בגלל המגפה החלטנו להביא את התחרות לישראל,” אומר עומרי, “ויש כאן שיתוף פעולה מלא בין שלוש האוניברסיטאות שישתתפו בתחרות באוקטובר: הטכניון, אוניברסיטת תל אביב ואוניברסיטת בן גוריון. זהו אירוע מוטורי ייחודי עתיר אנדרנלין המשלב חשיבה הנדסית ויישומים טכנולוגיים, ואנחנו מאמינים שהוא ישפיע ישירות על תחום הרכב בארץ ויעודד משקיעים וחברות מקומיות לפתח כלי רכב ומוצרים נוספים בתחום.”

 

באירוע הפתיחה שהתקיים באוגוסט השתתפו מומחים ממשרד התחבורה, שיעצו לצוותים בעניין התאמת המכוניות לדרישות הרישוי בארץ. התחרות תתקיים ב-20 באוקטובר (יום היערכות) ולמחרת, 21 באוקטובר (המקצים עצמם) במסלול מוטור סיטי בבאר שבע.