חודש: מאי 2022

חוקרים בטכניון פיתחו משאבת מים ייחודית המופעלת בחום שנאסף מקרינת השמש ללא צורך באספקת חשמל או במקור אנרגיה שאינו חום. המשאבה, הבנויה ממרכיבים פשוטים וזולים, אינה מכילה חלקים נעים ולכן היא זולה לייצור ולתחזוקה. האבטיפוס שנבנה בטכניון מדגים את יעילותה של הטכנולוגיה האמורה, האמורה לאפשר שאיבת מים מבארות באזורים צחיחים ונידחים.

אתיופיה היא מדינה חקלאית במזרח אפריקה, ואזורים רבים בה סובלים מבצורת מתמשכת ומהיעדר מקורות מים זמינים. הפרויקט הנוכחי, פרויקט המשאבה האקוסטית, נולד בעקבות “פרס קרן מאורברגר לטכנולוגיות משמעותיות למען אפריקה” שנוסד ב-2019. בסבב הראשון של הפרס זכו שתי קבוצות: האחת, קבוצת חוקרים מהטכניון ומדרום אפריקה: פרופ’ יהודה עגנון, פרופ׳ מרק טלסניק ופרופ׳ גיא רמון מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון ופרופ’ לסלי פטריק מאוניברסיטת Western Cape בדרום אפריקה; האחרת, קבוצת חוקרים מאוניברסיטת בן גוריון.

לדברי פרופ’ רמון, “הפרויקט סיפק לנו הזדמנות ייחודית לרתום טכנולוגיות שפיתחנו במעבדה לטובת אוכלוסיית הכפר. היא הובילה למחשבות בכמה כיוונים שונים, למשל טיהור מים או הפקת מים מהאוויר, אבל היה לנו חשוב להבין איזו טכנולוגיה תחולל את השינוי החיובי הגדול ביותר – איפה נמצא האימפקט הפוטנציאלי המרבי. כאן באו לעזרתנו אנשי הסניף הטכניוני של ארגון EWB (מהנדסים ללא גבולות) בראשות פרופ’ מרק טלסניק.”

אנשי EWB ערכו סקר מעמיק בקהילת היעד בצפון אתיופי וחזרו עם תשובה ברורה: הצורך הדחוף ביותר של הקהילה, שפתרונו יתרום תרומה גדולה ביותר לאיכות החיים של תושבי הכפר, הוא שאיבת מים מבארות. לדברי פרופ’ רמון, “מתברר שמרבית הבארות באתיופיה אינן שמישות לחקלאות משום שאין בהן משאבות או שהמשאבות שבהן התקלקלו, ופתרון בהקשר הזה יחולל שינוי דרמטי לטובה.”

אתיופיה, כאמור, היא מדינה חקלאית, והגידול הפופולרי ביותר בה הוא טֵף – צמח ממשפחת הדגנים המשמש להכנת מאכלים שונים ובהם אנג’רה. אתיופיה אחראית לגידול 90% מהטף בעולם. האתגר, אם כן, היה פיתוח משאבה זולה, פשוטה ועמידה שאינה מצריכה מקור חשמל (שאינו זמין במקומות רבים באתיופיה) ולא דלק (שמחירו גבוה מאוד במדינה).

המערכת שפותחה בטכניון מבוססת על מנוע אקוסטי – מנוע שאין בו בוכנות או חלקים נעים אחרים. מנועים כאלה מעסיקים את פרופ’ גיא רמון עוד מתקופת הדוקטורט שלו בטכניון, שאותו השלים בהנחיית פרופ’ יהודה עגנון בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית.

מנועי חום, למשל מנוע הבנזין במכונית, פועלים על דחיסה והתפשטות של גז; בוכנה דוחסת תערובת של דלק ואוויר, ניצוץ מצית את התערובת, וההתפשטות המהירה של הגז דוחפת את הבוכנה חזרה ומניעה את גלגלי הרכב. מנועים כאלה מכילים חלקים נעים רבים, מה שמייקר את ייצורם ואת תחזוקתם.

במנוע האקוסטי אין חלקים נעים. המנוע שנבנה בטכניון נראה מבחוץ כמעין צינור חרוטי המשמש מָהוֹד אקוסטי (acoustic resonator). קצהו הרחב קולט את אור השמש וכך מתחמם הגז שבאותו אזור. הגז החם מתרחב להמשך הצינור, שם הוא מתקרר ומתכווץ. לדברי פרופ’ עגנון, “פעולת סירוגין זו מחוללת אי-יציבות תרמואקוסטית ובמילים פשוטות: גל קול. הגל משמש כאן מעין בוכנה נעה היוצרת שאיבה.”

מהנדס המעבדה, אבישי מאיר, אומר שתהליך התכנון והבנייה ארך כשנה וחצי עד להשלמת האבטיפוס הנוכחי. “בקרוב, אנחנו מקווים, נוכל להדגים את המערכת בשמש מחוץ למעבדה. הרעיון הוא שהמתקן הזה בנוי מרכיבים זמינים וזולים – חלקי רדיאטור, פלסטיק ממוחזר, הצינור העיקרי העשוי מפח פשוט, ועוד. כך אפשר יהיה להרכיב אותו גם במקום נידח ככל שיהיה. החשיבה שלנו מכוונת כעת לאתיופיה, אבל הקונספט הזה ניתן ליישום בכל מקום בעולם, בוודאי במקומות שבהם אין אספקת חשמל סדירה, אבל גם בעולם המערבי.״

יותר מכך, אומר פרופ׳ רמון, “לטכנולוגיה שאנו מפתחים יש שימושים אחרים מלבד שאיבה – קירור (מקררים ומזגנים, שבהם מחליף גל הקול את המדחס), אוורור, ייצור חשמל, הפרדה, טיהור מים ועוד. לכן אנחנו מקווים ומאמינים שהפיתוח הזה יחולל שינוי לא רק בכריסטוס מסאלה אלא במקומות רבים הסובלים מזמינות ירודה של מים וחשמל.”

י

ום חשיפה אקדמיה-תעשייה התקיים בפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון. אירוע זה נועד לקדם שיתופי פעולה בין הפקולטה לתעשיות הרלוונטיות כחלק מפרויקט Smartifying Engagement המקדם שותפויות מו”פ בין אוניברסיטאות ותעשייה. האירוע התקיים  בשיתוף פעולה עם מינהל תעשיות במשרד הכלכלה והתעשייה, התאחדות התעשיינים ורשות החדשנות.

מנחה האירוע, פרופ’ בעז מזרחי, אמר כי “כאן, ממש באודיטוריום שבו מתקיים האירוע, אנחנו מכשירים את מהנדסי המחר בתחומי הביוטכנולוגיה והמזון, וזו שליחות עבורנו. רוב הבוגרים שלנו ממשיכים מכאן לתעשייה, ואנחנו שולחים אותם בשמחה בידיעה שיתרמו למדינת ישראל.”

פרופ’ מזרחי הוסיף כי “לפני כעשרים שנה הבנו שכדי להתקדם במחקר דרושים שיתופי פעולה רב תחומיים, ובשנים האחרונות נוספה לכך ההבנה שפריצות דרך מדעיות וטכנולוגיות מצריכות שיתוף פעולה עם התעשייה. יש לנו בטכניון ידע רב ויכולות מחקר, אבל רק התעשייה יכולה להציג בפנינו את הצרכים בשטח. הידוק הקשרים בין האקדמיה לתעשייה הוא כיום אחד היעדים המרכזיים של הטכניון בהובלת הנשיא פרופ’ אורי סיון ואהרון אהרון, שמונה לאחרונה ליועץ בכיר לטכניון בנושא קשרי תעשייה-אקדמיה.”

המשנה לנשיא הטכניון למחקר, פרופ’ קובי רובינשטיין, אמר בכנס כי במסגרת תפקידו הוא אחראי על כל המחקר הבסיסי בטכניון ובה בעת על הקשרים עם התעשייה. “האם אני מתבלבל בין שני הכובעים האלה? לא, כי התפקיד העיקרי שלנו הוא לערוך מחקר בסיסי ולהכשיר סטודנטים, והקשר עם התעשייה חיוני לחשיפתם של החוקרים והסטודנטים שלנו לבעיות-אמת שעולות בשטח. חשוב לנו להביא את התעשייה לטכניון כי היא ממקדת אותנו במטרות מעשיות, באתגרים שנוכל לסייע בפתרונם.”

עוז כ”ץ, מנהל מינהל תעשיות במשרד הכלכלה והתעשייה, אמר כי “משרד הכלכלה מוביל עם הטכניון מהלך לאומי של  שיתוף פעולה בין האקדמיה לתעשייה, זאת כדי לאפשר לתעשייה לצמוח באמצעות הטמעת חדשנות, חיזוק תחומי המחקר בטכניון וחיזוק צפון הארץ.”

דיקנית הפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון פרופ’ מרסל מחלוף אמרה כי “בפקולטה יש כיום 21 חברי סגל ואנחנו מתכוונים להגדיל את המספר, בעיקר באמצעות גיוס חברי סגל מתחום המזון. זו הפקולטה היחידה בישראל המחברת פודטק וביוטכנולוגיה, והגבולות בין שני התחומים האלה מיטשטשים. גם חוקרים כמוני, שעסקו קודם רק בביוטכנולוגיה, נכנסים לתחום המזון – למשל בפיתוח בשר מתורבת על סמך טכנולוגיות מעולם הנדסת הרקמות. הכוונה שלנו היא להוביל את תחום הפודטק בישראל, ואין לי ספק שנצליח בכך.”

אלי גן, יו”ר מרחב צפון בהתאחדות התעשיינים, אמר כי “התעשייה הישראלית נמצאת במצב לא מעודד, ומפעלים קיימים מעתיקים פעילות למזרח. כדי להקים מפעלים חדשים ולשמר את הקיימים דרוש מחקר, והדרך לכך היא שיתוף פעולה עם האקדמיה שכולם ירוויחו ממנו – עם ישראל, המפעלים והמוסדות האקדמיים. לצערי הקשר בין האקדמיה תעשייה גרוע עד כדי נתק לעתים; ככלל, התעשייה ממהרת

קדימה ואינה מעמיקה, והאקדמיה איטית ומייצרת ידע שאינו רלוונטי לתעשייה. התפקיד שלנו בהתאחדות התעשיינים הוא לשנות את התמונה הזאת.”

רונה סמלר, מנהלת זרוע המסחור של הטכניון (T3), אמרה כי “כיזמית טכנולוגית אני רואה חשיבות בצמצום המרחק בין המעבדה לתעשייה, ו-T3, זרוע המסחור של הטכניון, משמשת גשר בין שני העולמות ופועלת להאצה של חדשנות לכדי היתכנות טכנולוגית יישומית תוך הפחתת הסיכון למימושה בתעשייה. האוניברסיטאות, כשותפות באקוסיסטם החדשנות, נדרשות להתאמה וגמישות. כיום, בתמיכה רחבה מאוד של הנהלת הטכניון, נעשות כאן מהפכות של ממש בקידום מחקר משותף עם התעשייה, במנגנונים להעברת ידע ובמעורבות של סגל המחקר במיזמים. בשלוש וחצי השנים האחרונות הקמנו יותר מ-45 חברות סטארטאפ, לפחות מחציתן בעולמות הביוטכנולוגיה והמזון, ויש לנו מעל 200 שיתופי פעולה עם התעשייה בהיקף של מאות מיליוני שקלים. האקדמיה מטבעה שמרנית ופועלת בקצב שונה מהתעשייה, ועם זאת היא מהווה נדבך מרכזי כמחוללת של חדשנות, וחשוב לטפח את המחקר הבסיסי שיוליד פתרונות פורצי דרך.”

דוד שם טוב, מוביל חדשנות ומחקר ישומי ברשות המחקר במוסד הטכניון, אמר כי “כיום אנחנו הרבה יותר קשובים לפערים שקיימים בין הטכניון לתעשייה וגמישים יותר בפיתוח מודלים המתאימים יותר לשיתוף פעולה בין שני הצדדים.”

לאחר ההרצאות נערכו שני פאנלים, האחד בנושא הנדסת מזון והאחר בנושא הנדסת ביוטכנולוגיה, בהשתתפות דוברים מהטכניון, מהתעשייה, ממשרד הכלכלה והתעשייה ועוד.

נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון בירך את חתני הפרס ואמר כי “שלושה פרסי ישראל בשנה אחת הם אירוע שיא בתולדות הטכניון, ואנו גאים ושמחים מאוד בהכרה החשובה כל כך ובפרס היוקרתי לשלושה מחוקרינו המעולים. מעבר להישגיהם המדעיים המרשימים ותגליותיהם החלוציות תרמו מדענים אלה לאנושות בתרגום המדע הבסיסי ליישומים המשפיעים על חייהם של רבים.”

פרופ’ אמריטוס יורם פלטי מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט הוא חתן פרס ישראל בקטגוריית יזמות וחדשנות טכנולוגית לשנת תשפ״ב. גולת הכותרת בפעילותו המחקרית והיזמית היא חברת נובוקיור (NovoCure), שנוסדה בשנת 2000 ופיתחה טיפול חדשני בחולי סרטן. הטיפול מבוסס על שדות חשמליים ייחודיים (TTFields) הפוגעים בתאי הסרטן בלי לגרום נזק לתאים הבריאים שבסביבתם ולכן אינם גוררים תופעות לוואי וסיכונים אחרים. בנימוקיה ציינה ועדת הפרס כי “פרופ’ יורם פלטי פיתח שיטה פורצת דרך לטיפול חשמלי במספר סוגי סרטן. הטיפול אינו פולשני ובעל רמת סלקטיביות גבוהה. סיפורו האישי מעורר השראה, שכן פריצת דרך זו חייבה חשיבה מחוץ לקופסה ואמונה בדרך, והיא חייבה את פרופ’ פלטי להתמודד ולשנות אמונות ותפיסות קיימות בתחום.”

פרופ’ אמריטוס יהושע זק מהפקולטה לפיזיקה הוא חתן פרס ישראל בחקר הפיזיקה והכימיה לשנת תשפ”ב. זק עבר כנער את אימי השואה ונשלח לצעדת המוות בהיותו בן 16. הוא עלה לישראל, וכאן בטכניון השלים תואר דוקטור בהנחיית פרופ’ נתן רוזן, תלמידו ועוזרו של פרופ’ אלברט איינשטיין, ובהנחיית פרופ’ יואל רקח מהאוניברסיטה העברית. על שמו של זק רשומים הישגים רבים בפיזיקה, ובהם התמרת זק המשמשת כיום בעיבוד אותות, ומופע זק – פאזה ייחודית בגבישים חד-ממדיים, שאותה פרסם בשנת 1989 בכתב העת המדעי Physical Review Letters. בנימוקיה ציינה ועדת הפרס כי הפרס ניתן לפרופ’ זק על “פיתוח כלים מתמטיים המשמשים לפענוח תופעות הולכה חשמלית בשדה מגנטי. כלים אלה מאפשרים ניבוי של חומרים בעלי תכונות ייחודיות לבניית התקנים אלקטרוניים.”

פרופ’ אמריטוס מוסא יודעים מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון הוא חתן פרס ישראל בתחום חקר מדעי החיים לשנת תשפ”ב. בנימוקיה ציינה ועדת הפרס כי הפרס ניתן לפרופ’ יודעים “על הישגיו המדעיים החלוציים, פורצי הדרך, בתחום הנוירו-פרמקולוגיה. הוא העמיד דורות של סטודנטיות וסטודנטים לתארים מתקדמים, שרבים מהם תופסים עמדות מפתח באקדמיה ובתעשיית הביוטכנולוגיה בישראל.” פרופ’ יודעים נולד בטהרן. בגיל 12 נשלח ללימודים באנגליה, ולימים התקבל ללימודי רפואה באוניברסיטת מקגיל שבקנדה. בקנדה נחשף לעולם הביוכימיה של המוח (נוירוכימיה), ובעקבות זאת החליט לפרוש מלימודי הרפואה לטובת דוקטורט בביוכימיה ובפסיכיאטריה. מקנדה חזר לאנגליה וב-1977 עלה לישראל כדי להקים בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט את המחלקה לפרמקולוגיה ולעמוד בראשה. בפקולטה החלו פרופ’ יודעים ועמיתו פרופ’ ג’ון פינברג לפתח תרופה למחלת פרקינסון, וב-2006 קטפו את פירות עבודתם הממושכת כאשר ה-FDA אישר את “אזילקט” – התרופה שפיתחו עם חברת טבע לטיפול בחולי פרקינסון.

כיצד מייצרים אורגניזמים ימיים רקמות קשיחות כגון שריון ועדשות אופטיות מהחומרים הזמינים להם ובתנאים העוינים השוררים מתחת לגלים? בכך עוסק מחקר של קבוצה בין-לאומית בהובלת פרופ’ בעז פוקרוי והדוקטורנטית נופר ביאנקו-שטיין מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים. המחקר נערך עם ד”ר קתרין דג’וי מ- ESRF – הסינכרונטרון האירופי בגרנובל, צרפת.

במחקר, שהתפרסם ב-PNAS, התמקדו המדענים במעורבותו של קלציט המכיל מגנזיום בתהליכים האמורים. מגנזיום הוא יסוד מתכתי חזק וקל הממלא תפקידים רבים בעולם החי, גם בגוף האדם. קלציט, ובעברית פחמת הסידן, הוא מינרל נפוץ מאוד המהווה כ-4% ממסת קרום כדור הארץ. חומר זה הוא מרכיב חיוני בביומינרליזציה, כלומר בתהליך שבו מייצרים אורגניזמים, מהחומרים הזמינים להם, מבנים שונים – פנינים, עצמות, שריון וכן הלאה.

“תהליכי ביומינרליזציה,” מסביר פרופ’ פוקרוי, “מייצרים מבנים העולים בהיבטים רבים, כגון חוזק ועמידות לשברים, על תוצרים מלאכותיים של תהליכים הנדסיים. לכן אין ספק שהממצאים שלנו עשויים להוביל לשיפור תהליכים הנדסיים במגוון תחומים.”

בתהליך הביומינרליזציה משתמש האורגניזם באסטרטגיות שונות כדי לייצר מבנים חזקים כגון שלד חיצוני. מדעני הטכניון ו- ESRF מראים במאמרם כי אחת האסטרטגיות הנפוצות בהקשר זה היא שיקוע של חלקיקי קלציט ננומטריים עתירי מגנזיום בתוך מצע דל מגנזיום. לדברי פרופ’ פוקרוי, “גילינו כי תופעה זו מתרחשת במגוון עצום של יצורים, אפילו יצורים מממלכות שונות בעולם החי.”

במחקר הנוכחי התמקדו החוקרים בתשעה אורגניזמים שונים ובהם נחשוני ים, אצות אדומות, כוכב ים, אלמוג וקיפודי ים. שני השחקנים המרכזיים בתהליך הם כאמור מגנזיום וקלציט. החוקרים גילו כי שיקוע חלקיקי הקלציט במצע דל המגנזיום יוצר בשלדים מאמצי דחיסה המגבירים את קשיחותם – זאת ללא הצורך בדחיסה מכנית הנהוגה בייצור חומרים דומים בתהליכים הנדסיים מלאכותיים.

בנחשון הים מתרחש תהליך ההתגבשות הייחודי בעדשות הפזורות על זרועותיו – מעין עיניים פרימיטיביות אך יעילות לצרכיו. עדשות אלה, הדומות במאפייניהן לזכוכית מחוסמת, ממקדות את אור השמש על מרכזים עצביים המעבירים את המידע לשאר הגוף דרך מערכת העצבים. בניגוד לזכוכית המחוסמת שמייצר האדם בחום גבוה ותחת לחץ, עדשות הנחשון מיוצרות בטמפרטורת המים הנתונה וללא לחץ מכני חיצוני מלבד לחץ המים. שלב חשוב בתהליך זה הוא המעבר של הקלציט מפאזה אמורפית (חסרת סדר) – לפאזה הגבישית המסודרת.

האצות האדומות שחקר הצוות הבין-לאומי הן אצות הנפוצות במים רדודים, שם הן נתונות ללחצים חיצוניים של גלי הים ולכן חייבות להיות עמידות לקריעה ולשבר. משום כך מצופים תאיהן באותם גבישים ננומטריים חזקים של מגנזיום-קלציט. גבישים אלה יוצרים מיקרו-מבנים חלולים המגבירים את כוחן ואת עמידותן.

אף שנחשון הים והאצות האדומות הם יצורים שונים מאוד, הם מפגינים היבטים מבניים משותפים ובהם אותה התגבשות של מבנים חזקים בתהליך של שיקוע גבישים ננומטריים עתירי מגנזיום במצע המאופיין ברמות מגנזיום נמוכות.

החוקרים גילו כי תהליך התגבשות זה משפר הן את קשיות החומר והן את העמידות לשברים. יתר על כן, הם מראים במאמר כי אפילו הפחתה קלה של שיעור המגנזיום במצע מכפילה את קשיות החומר בכ-100%.

המחקר נתמך על ידי מענק ERC ונערך בשיתוף סינכרוטרון גרנובל בצרפת ו- Argonne National Laboratory באילינוי.

למאמר בכתב העת PNAS  לחצו כאן