אדריכלות חכמה

בשנתיים האחרונות השקיעה הפקולטה לארכיטקטורה ובינוי ערים בהקמת מעבדות מחקר חדשניות ומתקדמות המצטרפות למעבדות ההוראה והמחקר הקיימות בפקולטה. המעבדות החדשות, שנבנות בקומה הראשונה בבניין אמדו, מייצרות סביבת מחקר מפרה ופלטפורמה לשיתופי פעולה עם פקולטות אחרות בטכניון ונותנות הזדמנות לחוקרים, לחברי הסגל ולסטודנטים להתנסות בטכנולוגיות פורצות דרך ובקידום חדשנות עיצובית.

לדברי ארכ’ עזרא עוזרי, מנהל המעבדות בפקולטה, “הפקולטה רואה בהשקעה במעבדות כלי לקידום המחקר הטכנולוגי בתחומי הארכיטקטורה, העיצוב והייצור, ויש בהן כדי לבנות תשתית מחקרית שבתורה תתרום לצבירת ידע, רישום פטנטים ו-IP. המעבדות הן כלי לאיגום משאבים, ובטווח הארוך ההכנסות מהן יקדמו את המחקר בהיזון חוזר.”

ביג דאטה. אחת מהמעבדות החדשות היא BDAR, מעבדה המתמקדת בניתוח נתוני עתק (Big Data) במחקר אדריכלי. את המעבדה הקים חבר הסגל ד”ר אור אלכסנדרוביץ’ – אדריכל, חוקר, עורך ומתרגם שמחקריו כוללים ניתוח וניטור היבטים אקלימיים ואנרגטיים של הסביבה הבנויה ובחינת ההיסטוריה של טכנולוגיות בנייה בישראל.

במעבדת אלכסנדרוביץ’ נערכים מחקרים רב-תחומיים בסוגיות הקשורות בארכיטקטורה ובסביבה הבנויה ומתבססים בה על ניתוח ממוחשב של נתונים בקנה מידה נרחב. המחקר מתבצע בעזרת ציוד מגוון הכולל סורקים, תחנות מטאורולוגיות ניידות, מדי קרינה וציוד מתקדם לצילום ותיעוד המאפשרים איסוף, עיבוד וניתוח של נתונים מגוונים. על בסיס הנתונים מנתחים במעבדה דפוסי פעילות, התנהגות ותפקוד של הסביבה הבנויה והאדם. מבחינתו של ד”ר אלכסנדרוביץ’, “היכולת לרכז ולנהל במעבדה אחת נתונים ששיטות האיסוף שלהם מכסות מתודות מדעיות שונות – מדעים מדויקים, מדעי החברה ומדעי הרוח – יוצרת הזדמנות חסרת תקדים לאיתור זיקות וקשרים חדשים בין היבטים שונים של מחקר אדריכלי באופן שכמעט לא יכול להתקיים בשיטות המחקר המסורתיות בתחום.”

בין השאר נחקרות כיום במעבדה דרכי התמודדות חדשות ויעילות עם האתגרים הסביבתיים של שינויי האקלים תוך התמקדות בהשפעתם על המיקרו-אקלים העירוני, וכיצד היבטים מורפולוגיים וחומריים של הסביבה הבנויה משפיעים על צריכת האנרגיה במבנים.

אדר’ שני ברט
אדר’ שני ברט

הבניין הבקטריאלי. אם במעבדת BDAR המוקד הוא ניתוח נתונים מרובים באופנים חדשניים, במעבדת D.Dlab) Disrupt.Design) שמובילה חברת הסגל אדר’ שני ברט נערך המחקר בשני נתיבים: CAM (ייצור רובוטי בדגש על חומרים מתחדשים) ו-CAD (תכנון בעזרת מחשב).

ברט הגיעה לפקולטה אחרי עשור שניהלה את משרד SHAGA Architects שהקימה בלונדון ולמדה ולימדה בבתי ספר לאדריכלות מהשורה הראשונה ובהם AA בלונדון. חלק מהעיסוק במעבדה הוא יצירה של תהליכי אוטומטיזציה שיאפשרו לשלב בתהליכי התכנון תפיסות של קיימות ובנייה בחומרים מתקדמים בצורה מיטבית. מבחינתה, החשיבה האדריכלית מאפשרת לבחון תהליכי ייצור ותהליכי קבלת החלטות ולשפר את תוצאותיהם.

מחקרים שיישומם בתכנון אדריכלי נחקרים במעבדה כוללים הדפסה תלת-ממדית בביופלסטיק עבור אלמנטים מבניים, פיתוח שיטות הדפסה עבור רכיבים מבניים מחומרי אדמה ומציאת תצורות הדפסה לצורך ביות ספונטני של ריבוי מינים (חיות וצמחים) והדפסה רב-שכבתית של חומרים מגיבים, המאפשרים לחזית המבנה להשתנות בהתאמה לשינויים סביבתיים כגון עלייה בטמפרטורה או ברמת הקרינה. חומרים אלה מודפסים במעבדה בעזרת זרוע רובוטית קולברטיבית על משטחים דו-ממדיים ותלת-ממדיים כדי ליצור ממשקי אדם-סביבה חדשים. במעבדה ייפתח בקרוב חדר ביולוגי שבו שואפת ברט להרחיב את חזונה המחקרי, והוא שילוב של אורגניזמים חיים כמו בקטריות – על בסיס חומרים הנחקרים כיום בתחומי הביו-רפואה – במערכות הבניין כדי שישפרו את תפקודו ויקטינו את השפעתו האקלימית.

בריאות טק

תחרות הרעיונות MindState, המחברת ידע מדעי וטכנולוגי לשיפור הרפואה, תתקיים היום ומחר, 11-12 בינואר במתכונת מקוונת. ישתתפו בה כ-70 סטודנטים מהטכניון ומקורנל-טק, שיעבדו בצוותים מעורבים של סטודנטים משני המוסדות, ובליווי צוותים רפואיים ומעצבים מובילים. המנצחים יזכו בפרסים כספיים – 5,000 דולר למקום הראשון, 3,000 למקום השני ו-2,000 למקום השלישי.

במסגרת האירוע מתמודדים צוותי הסטודנטים עם האתגר של פיתוח טכנולוגיות חדשניות, בעלות פוטנציאל עסקי, לשיפור פני הרפואה. הצוותים הזוכים בשנים הקודמות הצטיינו בהצעת פתרונות ייחודיים וחדשניים לבעיות רפואיות מגוונות. הקבוצה הזוכה בהאקתון בשנה שעברה זכתה בהמשך גם במקום הראשון בתחרות היזמות BizTEC: https://bit.ly/3tI1ke9

האירוע השנתי מתקיים בהובלת הטכניון, קורנל-טק, חברת MindState ובתי החולים איכילוב ורמב״ם. האתגרים בתחרות הם אתגרים ממשיים העוסקים בבעיות אמיתיות, ולכן חלק מהפתרונות שמציגים הסטודנטים הופכים לפיתוחים ממשיים ואפילו לחברות סטארטאפ. בגיבוש האתגרים סייעו רבות רופאים בכירים שהתגייסו לכך: פרופ’ ליאור גפשטיין מהטכניון, מנהל המערך הקרדיולוגי וראש אגף המחקר ברמב”ם, ד”ר יונה וייסבוך, מנהל המרכז הלאומי ללימוד חדשנות רפואית בשיתוף רמב”ם והטכניון, ופרופ’ אלי שפרכר, סמנכ”ל מו”פ וחדשנות ומנהל מערך העור במרכז הרפואי ת”א (איכילוב).

זו השנה השלישית לקיומו של ההאקתון, והשנה ישתתפו בו 35 סטודנטים משבע פקולטות שונות בטכניון – זאת בהשוואה לשישה סטודנטים בלבד בשנתו הראשונה, 2020.

השנה יתמקד האירוע בקשר בין אקלים ורפואה תוך התייחסות לאתגרים בשלוש קטגוריות: כדור הארץ, בתי החולים והמטופלים. הקבוצות יתמודדו עם שורה של נושאים ובהם זיהום אוויר ותחלואת נשימה, אבחון מוקדם של סרטן העור, מוכנות לאסונות טבע, שיפור תהליכים בבית החולים, בית חולים ירוק, צמצום ההשלכות הנפשיות של בידוד, התמודדות עם שחיקה של צוותים רפואיים עקב חוסר שינה.

תחרות הרעיונות מסכמת קורס ייעודי המתקיים בטכניון בהובלת ד”ר יואכים בהר, ראש המעבדה לבינה מלאכותית ברפואה (AIMLab) בפקולטה להנדסה ביו-רפואית, והמתרגלת סופיה סגל. יחד עם ד”ר בהר מובילים את ההאקתון מנהל מכון טכניון-קורנל ע”ש ג’ייקובס פרופ’ רון ברכמן וראש תוכנית ג’ייקובס בטכניון פרופ’ אריאל אורדע, אנשי מכון ג’ייקובס מייקל אסקוסיה, ליבי בודשב ולוסי מילנז, ומייסדי ארגון MindState תמר מני והאנק ואן הסן. לדברי תמר מני, מייסדת MindState, “האירועים הקודמים רק הבהירו לנו את חשיבותו של הקשר הישיר בין הסטודנטים, למעצבים ולצוותים הרפואיים, המתמודדים עם הבעיות בשטח. ההתלהבות ניכרת בכל הצדדים, ואני שמחה על התגייסותם של הצוותים הרפואיים ושל הנהלות בתי החולים ליוזמה שלנו בתקופה כל כך מורכבת.”

את צוותי הסטודנטים ילוו מנטורים מאיכילוב ורמב”ם וצוותי מעצבים מקצועיים מהחברות המובילות Wix, Melio, Google ,Monday ,Designit  ו-Lightricks. טקס הסיום, שבו יוכרזו המנצחים, יתרחש בחודש אפריל.

 

להקשיב לחומרים

פרופ' דורון שילה
פרופ’ דורון שילה

שיתוף פעולה בין חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטת דברצן בהונגריה הוביל לפיתוח שיטת ניסוי חדשה אשר מאפשרת מעקב אחר תנועת גבול תאומים בסקאלות גודל ננומטריות וסקאלות זמן של מיקרו-שניות. המחקר שהתפרסם ב-Advanced Functional Materials נערך בהובלת פרופ’ דורון שילה והדוקטורנט אמיל ברונשטיין מהפקולטה להנדסת מכונות ופרופ’ רונן טלמון מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי.

תנועת גבול תאומים (twin boundary) שולטת במנגנון דפורמציה נפוץ ביותר הנקרא twinning. מנגנון זה מצוי במגוון גדול של חומרים (לדוגמא, מגנזיום וטיטניום) ומשפחות של חומרים (לדוגמא, סגסוגות זוכרות צורה, גבישים מינרלים וחומרים פרואלקטריים). לכן, להבנת התנהגות גבול התאומים יש חשיבות מדעית גדולה והשפעה ישירה על הבנת התגובות האלקטרו/מגנטו/תרמו-מכניות של החומרים לעיל ורבים אחרים.

עד כה היה מקובל לחשוב שכאשר החומר מועמס בקצב מהיר (למשל על ידי הפעלת פולס חשמלי חזק ומהיר), גבול התאומים נע באופן רציף במהירות המוכתבת על ידי גודל העומס החיצוני. לעומת זאת, כאשר החומר מועמס בקצב איטי (למשל על ידי לחיצה איטית), תנועת גבול התאומים אינה רציפה, והיא מאופיינת ברגעים קצרים בהם הגבול מתקדם מהר ובזמנים ממושכים בהם הגבול סטטי. הקשר בין ההתנהגויות השונות לא נידון, על אף שמדובר באותה תופעה.

הדוקטורנט אמיל ברונשטיין
הדוקטורנט אמיל ברונשטיין
פרופ' רונן טלמון
פרופ’ רונן טלמון

החוקרים פיתחו מערכת ניסוי חדשה אשר מאפשרת עקיבה ישירה אחר גבול התאומים באמצעות מדידה של שינויי הדיפולים המגנטיים בחומר. המערכת שפותחה מצליחה לעקוב אחר הגבול במהלך אירועים האורכים מיקרו-שניות (מיליוניות השנייה) ובעלי גודל אופייני של  ננומטרים, ובכך לספק מדידות ישירות אודות תנועתו בסקאלות גודל וזמן שלא נראו עד כה. ניתוח תוצאות הניסוי הצביעו לראשונה על התנהגות דומה של גבול התאומים בתנאי עמיסה איטיים ומהירים, והוצעה תיאוריה המסבירה את מקור ההתנהגות שנצפתה ומקשרת בין הניסויים האיטיים למהירים. לממצאים אלו הן חשיבות מדעית בסיסית והן פוטנציאל לשיפור אקטואטורים (מנועים) המבוססים על תופעה זאת.

כעת, החוקרים עובדים על פיתוח שיטות מבוססות למידת מכונה לניתוח נתונים מדודים, שיאפשרו לבצע מחקרים דומים במגוון גדול של חומרים ותופעות ובזמני ניתוח קצרים.

לקריאת המחקר המלא – לחצו כאן

הטכניון בחזית ההשקעות

חברת Perflow Medical הישראלית, שפיתחה טכנולוגיה חדשנית לצנתורי מוח לטיפול במפרצות מוחיות ובקרישי דם כתוצאה משבץ, נרכשה על ידי קרן פרייבט אקוויטי סינית. מכון AMIT על שם אלפרד מאן ומוסד הטכניון נמנים עם המשקיעים בחברה, שגייסה סכום כולל של כ-17 מיליון דולר.

רונה סמלר
 רונה סמלר

Perflow Medical פיתחה טכנולוגיה חדשנית, מוגנת פטנטים ופורצת דרך לטיפול בחסימות עורקים הנגרמות מקרישי דם המונעים זרימת דם למוח ועלולים להוביל לשבץ מוחי. מספר מקרי השבץ המוחי נמצא בעלייה מתמדת ובכל שנה מתרחשים כ-15 מיליון אירועים כאלה ברחבי העולם.

הפיתוח של החברה מבוסס על סטנט (תומכן) ייחודי העשוי רשת קלועה המכילה שילוב של מתכות שונות בקוטר מיקרוסקופי. בשל מאפייניו הייחודיים מאפשר הסטנט לצוות הרפואי לשלוט בזמן אמת בתכונות גאומטריות שונות כגון קוטרו, אורכו והכוח המופעל על דפנות העורק הבעייתי במוח. כך למעשה ניתן לתפוס את קריש הדם, לשלוף אותו מהעורק ולחדש בצורה מהירה את זרימת הדם וכך למנוע נזק נוירולוגי העשוי להיות בלתי הפיך.

Perflow Medical פועלת במסגרת מכון AMIT, זרוע ההשקעות של הטכניון בתחום הרפואה. המכון עוסק בפיתוח ובמסחור של טכנולוגיות רפואיות פרי פיתוחם של חוקרי ובוגרי הטכניון. במסגרת פעילותו הוא הקים והצמיח חברות מגוונות והשקיע עד כה בכ-20 חברות מבטיחות. זהו האקזיט השלישי של AMIT בתוך שלוש שנים, אחרי מכירתן של חברת סילנטיס לחברת AMS ושל חברת אקסימו מדיקל ל-AngioDynamics.

רונה סמלר, מנהלת יחידת המסחור T3-Technion Technology Transfer ומנכל”ית קרן AMIT, אמרה: “אנו גאים ללוות עוד סיפור הצלחה מעורר השראה שעתיד לעזור למטופלים ברחבי העולם. הטכניון וקרן AMIT משקיעים עבודה רבה בזיהוי טכנולוגיות פורצות דרך ובהשקעה בהן עד לקבלת פיתוחים עתירי ידע.”

עולמות של חומרה

שלומית וייס
 שלומית וייס

הפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי קיימה לאחרונה את האירוע “פסטיבל עולמות של חומרה”. האירוע נועד לחשוף את הסטודנטים לתחום הנדסת החומרה על כל העולמות שבו: עולם הסטודנט – מה כדאי ללמוד כאן ועכשיו ומהם מסלולי הלימוד (קבוצות התמחות) בתחום החומרה; עולם המחקר – פרויקטים ומחקרים שנעשים כיום בתחום; ועולם  הקריירה – איך משתלבים, איפה ומה עושים בעולם הגדול מחוץ לאקדמיה, החידושים האחרונים והחידושים שבדרך.

את הרצאות הפתיחה נשאו בוגרי הפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי בטכניון: שלומית וייס, סגנית נשיא באינטל העולמית; פרופ’ יואב עציון, חבר סגל בפקולטה וממייסדי SPEEDATA; ובילי הרבויה, סגן נשיא AWS וממייסדי Annapurna labs.

פרופ' יואב עציון
פרופ’ יואב עציון

חומרה (Hardware) היא שם כולל לרכיבים הפיזיים בהתקנים אלקטרוניים כגון מחשב וטלפון. בשנים האחרונות מתרחבות הפונקציות המבוצעות בחומרה, והתפתחויות כגון מחשוב ענן מצריכות פיתוחים מורכבים בתחום זה. הביקוש למהנדסי חומרה כבר אינו מגיע רק מחברות שבבים טיפוסיות אלא גם מענקיות תוכנה ובהן מיקרוסופט, גוגל ופייסבוק. זה הרקע למחסור במהנדסי חומרה בארץ ובחו”ל.  לאחרונה הוקם בישראל פורום לקידום החומרה. הפורום, שבראשו עומד בוגר הפקולטה דדי פרלמוטר, יפעל להרחבת הכשרת המהנדסים בתחום החומרה ולהידוק קשרי אקדמיה-תעשייה בתחום זה.

“התחלתי במדעי המחשב אבל עברתי להנדסת מחשבים כי רציתי לעסוק ב’ברזלים’,” אמרה שלומית וייס. “ואכן, כיום אנחנו רואים כמה החומרה חשובה, ואחד האירועים שהבהירו לי את זה היה הצגה של רכיב שעבדנו עליו באינטל שלוש שנים. 5,000 איש עמדו ומחאו כפיים ל… צ’יפ. באותו רגע לא היה ספק שאנחנו, אנשי החומרה, עושים דבר משמעותי שמשפיע על העולם כולו.”

בילי הרבויה
 בילי הרבויה

באירוע השתתפו יותר מ-850 סטודנטים מהפקולטה ומפקולטות אחרות בטכניון, חברי סגל ועובדים.

מועדון ארוחת הבוקר

דיקן לימודי הסמכה פרופ’ חוסאם חאיק אמר כי “למפגש הראשון נרשמו מאות סטודנטים, מתוכם נבחרו באמצעות הגרלה 12 – שישה סטודנטים ושש סטודנטיות. לשמחתי הגיעו למפגש סטודנטים מרוב הפקולטות – קבוצה מגוונת מאוד מבחינת מגדר, מגזר, רקע אקדמי ושנת לימוד.”

המפגשים נועדו לפתוח דלת לסטודנטים ולסטודנטיות להציג הצעות ייעול ולקיים מחשבה משותפת עם דיקן לימודי הסמכה וצוותו כדי לקדם את השירות לסטודנטים, לשפר הליכים שונים ולעורר נקודות למחשבה לקראת פרויקטים רחבים יותר.

הסטודנטים שהשתתפו במפגש הראשון העלות מגוון רחב של נושאים: חרדת בחינות, פרויקט פורמולה, השתתפות במחקר בטכניון בזמן לימודי התואר הראשון, העומס שבעבודה במקביל ללימודים והאתגר של לימודים בטכניון עבור מי שסובל מהפרעת קשב.

אחד הסטודנטים סיפר על חוויותיו במסגרת תוכנית חילופי סטודנטים, על אופן הלמידה השונה בחו”ל ועל דברים שכדאי לאמץ משם. הוא ציין לטובה את הלמידה העצמאית בקבוצות קטנות, שאיפשרה לו להכיר היטב סטודנטים מכל העולם וחשפה אותו לתחומי מחקר רבים וחדשים. סטודנטית אחרת, שעברה מהאוניברסיטה הפתוחה לטכניון, סיפרה על תהליך ההשתלבות ועל הדומה והשונה בין המוסדות. השיח הפתוח והחופשי איפשר דיון ושאלות בקבוצה.

“המטרה שלנו היא להביא אתכם לסיום התואר בהצלחה מרובה,” אמר פרופ’ חאיק. “כל סטודנט שעוזב זה כשלון אישי שלנו, וכל מי שמגיע לסוף התואר – זו הצלחה שלו ושלנו. אני מקווה שאתם תהיו השגרירים שלנו בקמפוס ותפיצו את התחושה שאנחנו, בלימודי הסמכה, עובדים למען הסטודנטים ופתוחים לשמוע אתכם ולהשתפר בהתמדה.”

לאור המשוב החיובי והרעיונות הטובים יתקיימו עוד מפגשים מסוג זה בשבוע הבא ומתוכננים עוד מפגשים בסמסטר אביב.

נשימות ראשונות

פרופ' ג'וזואה שניטמן (מימין) וד״ר אלירם נוף
פרופ’ ג’וזואה שניטמן (מימין) וד״ר אלירם נוף

כעשירית מהתינוקות בעולם נולדים בטרם עת, לפני שמערכות גופם הספיקו להתפתח כראוי. אחת המערכות האלה היא מערכת הנשימה, שמגיעה לבשלות מלאה בגיל שנתיים וחיונית לשרידות התינוק. כשהעובר נמצא ברחם הוא מקבל חמצן מאמו דרך חבל הטבור, אך לאחר הלידה עליו לנשום בכוחות עצמו. לכן פגים מאופיינים במקרים רבים במצוקה נשימתית ונזקקים לתמיכה כדי לנשום. יתר על כן, ככל שהפג נולד מוקדם יותר המצוקה הנשימתית קשה יותר והוא צפוי לתקופת הנשמה ארוכה יותר. לעיתים, ההנשמה נעשית באמצעות מכונת הנשמה המכניסה אוויר לריאות דרך צינור המוחדר לקנה הנשימה.

למרות השיפור הנמשך בטכנולוגיות הנשמה וטיפול בפגים, שיעורי התחלואה בקרבם עדיין גבוהים מהרצוי. אחת הבעיות נובעת מכך שטיפולים חיוניים בפגייה, לרבות הנשמה מלאכותית, אומנם מונעים מוות אך יוצרים נזקים ותופעות לוואי שעלולים להשפיע על המטופל בטווח הארוך. השפעות אלה ומקורות הנזק של הנשמה מלאכותית עדיין אינם מובנים במלואם. זה הרקע למחקר הנעשה במעבדתו של פרופ’ ג’וזוואה שניטמן מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון.

במחקר קודם, שהתפרסם בשנה שעברה ב-Journal of the Royal Society Interface, גילו פרופ’ ג’וזואה שניטמן וד”ר אלירם נוף תופעה שאינה מוזכרת כלל בספרות הרפואית: נזק ריאתי כתוצאה מסילון אוויר ביציאה מהצינור המוחדר לקנה הנשימה של הפג בזמן ההנשמה המלאכותית. באמצעות מודל פיזיקלי (מכניקת זורמים) גילו השניים כי סילון זה מפעיל כוחות גזירה חזקים על רקמת האפיתל – שכבת התאים שמצפה את דרכי הנשימה. הכוחות האלה עלולים לגרום לנזקים המסכנים את המטופל, ועל אחת כמה וכמה כשמדובר בפג.

במחקר ההמשך, שהתפרסם כעת בכתב העת Bioengineering & Translational Medicine, בדקו החוקרים את ההיפותזה במודל חדש המכיל אפיתל אנושי מלאכותי. את המחקר הובילו פרופ’ שניטמן, ד”ר אלירם נוף וד”ר ארבל ארצי-שנירמן. במחקר שותפים גם רופאי ילדים ואף אוזן גרון ובהם ד”ר לירון בורנשטיין, חברת סגל בפקולטה לרפואה ע״ש רפפורט בטכניון ורופאה בכירה במחלקה לטיפול נמרץ ילודים ופגים בקריה הרפואית רמב”ם.

המחקר נעשה באמצעות מודל תלת-ממדי של דרכי האוויר העליונות – קנה הנשימה והסימפונות המתפצלות ממנו. בתוך מודל זה גידלו החוקרים שכבה של תאי אפיתל – התאים המכסים גם את מערכת הנשימה הטבעית – כדי לעקוב אחר השפעת ההנשמה עליהם.

ד"ר ארבל ארצי-שנירמן
ד”ר ארבל ארצי-שנירמן

“כיום אנחנו כבר יודעים שהנשמה מלאכותית, שהיא טכנולוגיה מצילת חיים, גורמת נזקים שונים למערכת הנשימה,” מסביר פרופ’ שניטמן. “נזקים אלה יוחסו עד כה לגורמים מכניים כמו כניסת האוויר בלחץ שגורם למתיחת רקמת הריאה. בשנים האחרונות התווספו תובנות על מקורות נזק מורכבים יותר. במחקר הנוכחי הדגמנו בניסויי מבחנה (In vitro) על ידי מדידת ציטוקינים המפעילים את מערכת החיסון, את התחלת התהליך הדלקתי – תהליך הנמצא בבסיס הנזק הריאתי בפגים מונשמים הנובע מזרימת האוויר וכוחות הגזירה בזמן ההנשמה.

במחקר הקודם גילו חוקרי הטכניון, כאמור, כי סילון האוויר מפעיל כוחות גזירה חזקים על רקמת האפיתל; כעת הם גילו כי הסילון גורם לשינוי במאזן הציטוקינים – חלבונים המהווים את הבסיס לתקשורת בין תאי מערכת החיסון. במילים אחרות, מעבר לנזקים המכניים – שחיקת האפיתל – גורמת ההנשמה הפולשנית גם להפעלת תגובה חיסונית וזו עלולה להוביל להתפתחויות דלקתיות מזיקות ואף מסכנות-חיים.

בהמשך לגילויים אלה בחנו החוקרים אפשרות לצמצם את הנזק האמור באמצעות טיפול תרופתי, ובסיוע עמיתיהם הרופאים בחרו בתרופה נפוצה בשם מונטֶלוּקאסט (Montelukast), המשמשת לטיפול בחולי אסתמה. ואכן, במודל התלת-ממדי הם גילו כי טיפול מקדים במונטלוקאסט ממתן את תמותת תאי האפיתל ואת התגובה החיסונית בזמן ההנשמה.

פרופ’ שניטמן מעריך כי שימוש במודלים מהסוג שמפתחים במעבדתו עשוי לשפר את הניסויים הפרה-קליניים הנערכים במעבדות (in vitro pre-clinical studies). “אם המחקר הפרה-קליני במעבדות יהיה יעיל ומדויק יותר נוכל להגיע לשלב הבא –  ניסויים פרה-קליניים בבעלי חיים – כשאנחנו הרבה יותר ממוקדים. כך נוכל לא רק להאיץ את המחקר אלא גם לצמצם את הפגיעה בחיות ניסוי.”

כאמור, זהו המחקר הראשון המדגים במודל שפותח במעבדה את השפעת סילון אויר בהנשמה מלאכותית על מערכת החיסון. מחקר זה מציע כלי חדש לבחינה במחקרים קליניים בחיפוש אחר פתרון שעשוי לבטל או לפחות למתן את הנזק הדלקתי. פרופ’ שניטמן מעריך כי ממצאים אלה עשויים להועיל, מעבר לטיפול בפגים, גם בהקשרים אחרים כגון טיפול בחולי מחלות ריאה אחרות הדורשות הנשמה מלאכותית, למשל COPD וקורונה.

המחקר נתמך על ידי הנציבות האירופית למחקר (ERC).

פרופ’ ג’וזואה שניטמן הוא חבר סגל בפקולטה להנדסה ביו-רפואית, ועומד בראש המעבדה לביו-זורמים. המעבדה עוסקת בחקר האווירונדינמיקה של תרופות וחלקיקים במערכת הנשימה. פרופ’ שניטמן פיתח מודל של “ריאה על שבב” (acinus-on-chip) המאפשרת להעריך סיכונים בריאותיים שונים ולתכנן תרופות למערכת הנשימה.
ד״ר אלירם נוף התמנה לפני חודשים ספורים לחוקר במרכז הסרטן ממוריאל סלואן קטרינג בניו יורק.
ד״ר ארבל ארצישנירמן התמתנה לאחרונה לראש המרכז לטכנולוגיות מתקדמות ליישום רפואי בקריה הרפואית רמב”ם, חיפה.

בסרטון: הדמית סילון האוויר בתוך דרכי הנשימה במצבי הנשמה שונים. ההדמיה מבוססת על PIV – שיטה ניסויית למדידת שדות זרימה:

[su_youtube url=”https://youtu.be/u4R0MQqXISI” width=”700″ height=”200″]

למאמר בכתב העת Bioengineering & Translational Medicine  לחצו כאן

יום הברייל העולמי

פרופ' אמיר גת
פרופ’ אמיר גת
אופק פרץ
אופק פרץ

היום מצוין יום הברייל העולמי לרגל יום הולדתו של לואי ברייל. אף שכתב ברייל הומצא לפני כ-200 שנה, האתגר של התאמתו לעידן הממוחשב נתקל במשוכות טכנולוגיות רבות.

פריצת דרך שפורסמה לאחרונה בכתב העת PNAS מבשרת על דור חדש של צגי ברייל קומפקטיים ויעילים. במאמר, שמחבריו הם חוקרים בטכניון ובאוניברסיטת קורנל, מוצג “צג ברייל רובוטי”. זהו משטח סיליקון דינמי שעליו מופיעות “בועות” קטנות בתצורת אותיות ברייל. הפיתוח מבוסס על הזרמת מתאן וחמצן במשטח הסיליקון והתפחה של אותן “בועות”, זאת באמצעות אלקטרודות וללא צורך במשאבה.
השותפים הטכניוניים במחקר, פרופ’ אמיר גת והדוקטורנט אופק פרץ מהפקולטה להנדסת מכונות, עוסקים במחקריהם בהקשר הרחב יותר של רובוטיקה רכה. רובוטים רכים, השואבים השראה רבה מרקמות ביולוגיות ומאיברים טבעיים כגון חדק הפיל וזרוע התמנון, הם רובוטים נטולי מפרקים, העשויים מצינורות גמישים שבתוכם מוזרם נוזל. הזרמתו של הנוזל בדפוסי הזרמה שונים משפיעה באופנים שונים על ההתקן הגמיש, ותכנון נכון של המערכת עשוי להוביל לשליטה גבוהה בתנועתה.
לואי ברייל, שנולד ב-4 בינואר 1809, איבד את ראייתו בגיל חמש. אביו יצר עבור לוח עץ עם מסמרים בצורת אותיות האלף-בית. בגיל 15 פיתח ברייל את הקוד המוכר כיום ככתב ברייל.

לצפייה בסרטונים מהמחקר:
[su_youtube url=”youtu.be/eh8K5FEoCco” width=”700″ height=”200″]
[su_youtube url=”youtu.be/zBcbaCoCmUE” width=”700″ height=”200″]

למאמר ב-PNAS – לחצו כאן

לראשונה: כנס בין-לאומי של התוכנית לקידום מדעי הנתונים

יו”ר הוועדה המארגנת של הכנס הוא מנכ”ל IDSI, פרופ’ פאול פייגין מהטכניון. לדבריו, “בכנס ישתתפו מרצים רבים מהטכניון ועמיתיהם מאוניברסיטאות המחקר בארץ, ממוסדות ציבוריים ומחברות. החשיבות במפגש נעוצה בצורך לבנות את קהילת מדעי הנתונים כך שתכלול חוקרי ליבה וחוקרי מעטפת. קהילה כזו תקדם הפריה הדדית ובין-תחומית ותוביל את השימוש המושכל והאתי של מדעי הנתונים לטובת החברה והתעשייה.”

בשנים האחרונות חלה קפיצת מדרגה במדעי הנתונים ובבינה מלאכותית, ואלה משפיעים יותר ויותר על מכלול תחומי החיים: תחבורה, רפואה, חינוך ועוד. זה הרקע להקמתה של התוכנית הארצית בשנת 2020. התוכנית, שהוקמה על ידי המועצה להשכלה גבוהה, מקדמת את הפעילות בתחומים האמורים באמצעות שיתופי פעולה בתוך האקדמיה, בין האקדמיה לתעשייה ובינן לגורמים בחו”ל. התוכנית מקשרת בין שבעה מרכזי מחקר שהוקמו באוניברסיטאות המחקר בישראל.

הכנס הבין-לאומי מציין שנה ראשונה לפעילות התוכנית ברמה הארצית והבין-לאומית. הוא יעסוק במגוון רחב של נושאים ובהם למידה חישובית, עיבוד שפה טבעית (NLP), למידה סטטיסטית, ביואינפורמטיקה, AI ומדעי הנתונים בחינוך, ראייה ממוחשבת, מדעי הנתונים בביולוגיה, אחריות ב-AI וטובת הכלל והבסיס המתמטי למדעי הנתונים. המרצים הראשיים בכנס הם פרופ’ יואב פרוינד ופרופ’ טריי אידקר מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, פרופ’ בין יו מברקלי ופרופ’ מינג יואן מאוניברסיטת קולומביה.

לאתר הכנס

לאתר היוזמה הישראלית לקידום מדעי הנתונים – IDSI

רגיש וספונטני

מימין לשמאל: נועם ובר, סשה חלפין וד"ר יהונדב בקנשטיין. קרדיט: רמי שלוש, דוברות הטכניון
מימין לשמאל: נועם ובר, סשה חלפין וד”ר יהונדב בקנשטיין. קרדיט: רמי שלוש, דוברות הטכניון

כאשר אנחנו נשרטים או נפצעים באופן שטחי, גופנו יודע לרפא את הפצע בעצמו, או לכל היותר עם עזרה מינימלית של פלסטר או חומר חיטוי. קבוצות מחקר רבות ברחבי העולם פועלות לפיתוחם של חומרים בעלי תכונות דומות, שיידעו לתקן את עצמם ללא עזרה חיצונית. כולנו יודעים כמה מתסכל לגלות שמסך הטלפון נשבר ועלינו להחליפו, ויש כמובן צרות גדולות יותר – למשל תקלה בלוחות סולאריים המניעים לוויין בחלל. כעת תארו לעצמכם שהמסך שלכם והלוח הסולארי בחלל יידעו לתקן את עצמם ולשוב לתפקוד מלא. באתגר הזה עוסקות קבוצות מחקר רבות ברחבי העולם: פיתוח חומרים בעלי יכולת ריפוי עצמי (Self-Healing Materials).

בשורה חיובית בהקשר זה מגיעה כעת מקבוצת המחקר של ד”ר יהונדב בקנשטיין מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים ומהמכון למצב מוצק בטכניון. ד”ר בקנשטיין והדוקטורנטים סשה חלפין ונועם בר פיתחו גבישים ננומטריים מוליכים למחצה, ידידותיים לסביבה, היודעים לרפא את עצמם. במאמר בכתב העת Advanced Functional Materials הם מראים כיצד חומרים המכונים “פרובסקיטים כפולים” מתקנים פגמים הנוצרים בהם בעקבות חשיפה לקרינת אלקטרונים חודרת.

חומרים פרובסקיטים מוכרים למדע כבר יותר ממאה שנה, אך רק בשנים האחרונות התברר כי קבוצת פרובסקטים האלידיים מבוססי עופרת מאופיינים בתכונות אלקטרואופטיות ייחודיות המקנות להם יתרון עצום על פני סיליקון, למשל נצילות גבוהה בהמרת אנרגיית שמש לחשמל. הפרובסקיט זול לייצור משום שהוא מיוצר ומעובד בטמפרטורות נמוכות יחסית לסיליקון, ואפשר ליצור ממנו יריעות גמישות שסוללות דרך למגוון רחב של יישומים. לפרובסקיטים כפולים יתרון סביבתי, שכן הם עשויים לייתר את השימוש בעופרת, שהיא מתכת רעילה מאוד, המשולבת כיום בהתקנים פרובסקיטים להמרת אנרגיה.

קבוצת המחקר של ד”ר בקנשטיין מתמחה בגידול גבישי פרובסקיט ננומטריים וביצירה של משטחי פרובסקיט בעלי תכונות פיזיקליות מיוחדות. במחקר המתואר ב- Advanced Functional Materials ייצרו חוקרי הטכניון גבישים ננומטריים בתהליך קצר ופשוט באוויר הפתוח, תוך חימום החומר ל-100 מעלות צלזיוס. החוקרים עקבו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים חודר אחר הגבישים וגילו כי קרן האלקטרונים העוצמתית של המיקרוסקופ יצרה בהם פגמים בדמות חללים פנימיים זעירים.

היווצרות החור על פני השטח של החלקיק ותנועתו פנימה לתוך החלקיק. התמונה והסרטון מבוססים על עיבוד ממוחשב של צילומים שנעשו במיקרוסקופ אלקטרונים חודר.(Bekenstein lab)
היווצרות החור על פני השטח של החלקיק ותנועתו פנימה לתוך החלקיק. התמונה והסרטון מבוססים על עיבוד ממוחשב של צילומים שנעשו במיקרוסקופ אלקטרונים חודר.(Bekenstein lab)

החוקרים ראו כי החללים האמורים נעים בסביבות מרכז החלקיק אך נמנעים מלנטוש את המרכז לעבר קצותיו, כאילו חומה נסתרת חוסמת את דרכם החוצה. על סמך צילום עשרות סרטוני וידאו וניתוחם הממוחשב הצליחו החוקרים לייצר תמונה של הדינמיקה המתקיימת בגביש בזמן אמת. הם גילו כי החללים האמורים נוצרים על פני השטח של הגביש, כאשר קרן האלקטרונים מעיפה אטומים מהחומר, אולם לאחר היווצרותם הם נודדים אל נקודות שיווי משקל בתוך הגביש. נדידה זו, מסבירים החוקרים, נובעת מסיבות אנרגטיות הקשורות בנוכחותן של מולקולות אורגניות המכסות את פני השטח של הגביש. כאשר הם סילקו את אותן מולקולות נדדו החללים אל פני השטח של הגביש, והאזור הפנימי של הגביש התגבש חזרה באופן ספונטני למצבו הראשוני, נטול הפגמים.

במילים אחרות: הגביש ריפא את עצמו.

תגלית זו מהווה צעד חשוב בהבנת המנגנונים המאפשרים לננו-חלקיקים פרובסקיטים לרפא את עצמם וסוללת את הדרך לשילובם של חומרים אלה בתאים סולאריים ובהתקנים אלקטרונים אחרים.

המחקר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע, רשות החדשנות הישראלית, ות”ת (מלגת אלון), מכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה בטכניון ומרכז הקוונטום ע”ש הלן דילר בטכניון.

למאמר בכתב העת Advanced Functional Materials לחצו כאן

הבוסטר יעיל בהקטנת העומס הנגיפי למספר חודשים

מחקר חדש של מכון המחקר והחדשנות של מכבי KSM בראשות ד”ר טל פטלון והטכניון מראה כי האפקטיביות של מנת הבוסטר בהורדת העומס הנגיפי דועכת תוך חודשים. במחקרים קודמים נמצא כי העומס נגיפי קשור ככל הנראה לסיכוייו של נדבק להדביק אחרים, כך שככל שהעומס הנגיפי נמוך יותר, עולים סיכויי ההדבקה.

פרופ' רועי קישוני
פרופ’ רועי קישוני

לדברי ד”ר טל פטלון, מנהלת מכון המחקר והחדשנות של מכבי “לאור התפשטות זן האומיקרון מומלץ מאד לאוכלוסיות בסיכון לוודא כי הן פועלות על פי המלצות מערכת הבריאות״, אומרת ד”ר טל פטלון. ״עלינו, החוקרים ואנשי מערכת הבריאות, להמשיך לעקוב אחר התפשטות המחלה, השלכותיה לטווח הקצר והארוך, והאמצעים לנהל אותה בחכמה״.

לדברי פרופ’ רועי קישוני מהפקולטה לביולוגיה בטכניון ״במחקרים קודמים ראינו שהחיסון והבוסטר לא רק מקטינים את הסיכוי למחלה אלא מצמצמים גם את העומס הנגיפי בגופו של מי שנדבק, ובכך ככל הנראה מצמצמים הידבקויות נוספות באוכלוסייה. עם זאת, בעבודה הנוכחית ראינו שהגנה זו של החיסון מפני עומס נגיפי גבוה דועכת תוך חודשים ספורים לאחר הבוסטר, בדומה לירידה שראינו לאחר המנה השנייה. תוצאות אלה רומזות על ירידה משמעותית ביעילות החיסון כנגד העברת הנגיף, וייתכן שירידה זו משפיעה על התפשטות הווירוס בקהילה.״

מתן לוין
מתן לוין-טיפנברון
ד"ר עידן ילין
ד”ר עידן ילין

זהו מחקר שישי בנושא הקורונה במסגרת העבודה המשותפת בין החוקרים. המחקר הובל על-ידי ד”ר טל פטלון וד”ר סיון גזית ממכון המחקר והחדשנות במכבי בשיתוף פעולה עם פרופ’ קישוני, מתן לוין-טיפנברון וד”ר עידן ילין מהמרכז הבין תחומי למדעי החיים וההנדסה ע”ש לורי לוקיי בפקולטה לביולוגיה בטכניון.

המחקר נערך על נתונים מותממים (אנונימיים- ללא פרטי זיהוי) באישור ועדת הלסינקי וכלל מעל ל-21,000 בדיקות חיוביות של חברי מכבי מעל גיל 20. התקופה שנחקרה היתה בין ה-28 ביוני ל-29 בנובמבר 2021, חמישה חודשים במהלכם היה זן הדלתא הזן הדומיננטי בישראל, טרם תחילת התפשטות האומיקרון.

החוקרים מציינים כי למחקר כמה מגבלות. ראשית, המחקר מתייחס אך ורק לאפקט של הבוסטר על העומס הנגיפי ואינו בוחן יעילות במניעת מחלה; כלומר הוא לא קובע כי ההגנה מפני הידבקות דועכת במידה דומה. שנית, אף שעומס ויראלי הוא אינדיקציה נפוצה לנוכחות הנגיף, המתאם בין עומס ויראלי ליכולת הדבקה אינו מבוסס במלואו. שלישית, הבדלים בהתנהגות הציבור עשויים להשפיע על העיתוי שבו אנשים נבדקים, ומכיוון שעומס נגיפי קשור לזמן שלאחר ההדבקה, הבדלים כאלה עשויים להטות את תוצאות המחקר. החוקרים מתכננים להמשיך ולעקוב אחרי נתוני העולם האמיתי ( (Real world data ולבצע מחקרי המשך באוכלוסיות שונות.

לקריאת המאמר המלא – לחצו כאן