חוקרים מהטכניון פרסמו בכתב העת Clean Water מקבוצת Nature טכנולוגיה גמישה וסלקטיבית לטיהור מים לצורכי חקלאות. את המחקר, שנערך בתמיכת תוכנית האנרגיה ע”ש גרנד בטכניון, הובילו פרופ’ צ’רלס דיזנדרוק מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך, פרופ’ מתי סאס מהפקולטה להנדסת מכונות והדוקטורנט אריק גאיס והשתתפו בו הדוקטורנט עמית שוקרון והסטודנט לתואר שני ינקה צ׳ן.
בתרשים, משמאל לימין: מים עתירי מוליכות ועתירי נתרן (חץ צהוב) נכנסים למערכת, ה”שואבת” את הנתרן לאלקטרודה ומספקת מים טובים ובריאים יותר לצנרת המובילה לשדה.
טיהור מים לצורכי חקלאות הוא אתגר טכנולוגי מורכב שחשיבותו רבה במיוחד בישראל, שבה רוב מי השופכין מושבים לצורכי חקלאות ורוב הגידולים החקלאיים בנגב מבוססים על מים כאלה. חוקרי הטכניון מסבירים כי למרות היתרונות שבטיהור ממברנלי של מים – ניקוי באמצעות סינון – שיטה זו אינה מאפשרת סילוק סלקטיבי של חומרים מזיקים כגון נתרן מבלי לסלק חומרים החיוניים לגידול החקלאי. נתרן בכמויות גדולות הוא אחד האויבים של הגידול החקלאי, של איכות הקרקע ומי התהום ושל בריאות האדם. המלחת הקרקע בנתרן גורמת לשורה של נזקים חקלאיים ובהם פגיעה בעלים, היווצרות קרחות בשדה, ובמקרים חמורים הרס הקרקע והשבתתה כקרקע חקלאית.
שני מדדים חשובים בהערכת פוטנציאל הנזק של הנתרן במים הם המוליכות החשמלית של המים וה-SAR – ריכוז הנתרן במים ביחס לריכוזי סידן ומגנזיום. לצמחים שונים יש עמידות שונה ל-SAR, אולם ככלל, ככל שערכו של משתנה זה גבוה יותר, הנזק הפוטנציאלי גבוה יותר. לכן פעלו החוקרים להפחתתם של SAR ושל מוליכות המים, ולשם כך הם פיתחו טכנולוגיה סלקטיבית המסלקת – בניגוד לטיפול באמצעות ממברנות – בעיקר נתרן.
גדולתה של הטכנולוגיה החדשה טמונה כאמור בסלקטיביות שלה – היא אינה מוציאה מן המים מינרלים חיוניים כגון סידן ומגנזיום. מינרלים אלה חשובים לא רק לגידול החקלאי אלא גם לבריאות האדם, ולכן נהוג להוסיפם למים מותפלים. הטכנולוגיה החדשה מבוססת על CDI ובעברית “קבל יינון”. הקונספט הבסיסי הוא אלקטרודה סלקטיבית ליונים – אלקטרודה שתספח רק את המינרלים הלא רצויים. המים זורמים במערכת בין שתי אלקטרודות תחת זרם חשמלי המושך את היונים שבמים, ועמם את המינרלים, לתוך האלקטרודות, שם הם מוחזקים בתוך חללים ננומטריים (nanopores). זוהי הדגמה ראשונה של תאי CDI המפגינים יכולת לטיהור מבוקר, מדויק ומתמשך של מים מנתרן, וזאת תוך צריכת חשמל נמוכה יחסית (0.38 קוט”ש לקוב מים).
אף שהניסוי במערכת נערך על נתרן וסידן – סילוק הנתרן מהמים והשארת הסידן בתוכם – מדובר בטכנולוגיה גמישה שאפשר להתאימה למינרלים אחרים, בהם מינרלים “טובים” כגון מגנזיום ומינרלים “רעים” כגון עופרת, קדמיום, ארסן ובורון. להערכת החוקרים אפשר יהיה להתאימה גם לצרכים לא חקלאיים, למשל לטיהור מים לטובת שתייהולהפקת חומרים יקרי ערך (כגון ליתיום לשימוש בסוללות ליתיום יון) מהמים. אף שהמחקר נערך במערכת מוקטנת, הם סבורים שאיכויות הסינון יישמרו גם במערכות מסחריות שייבנו על פי אותו מודל.
ד”ר דיקר, שנולד בבית חולים השרון, החל לעבוד בו כבר בגיל 16 כסניטר. אביו היה אז מנהל בית החולים ואמו טכנאית אק”ג. בתום לימודי הרפואה בטכניון חזר ד”ר דיקר לבית החולים, הפעם כרופא, ושם התקדם עד לניהול מחלקה פנימית ד’.
בשנה שעברה הוסבה המחלקה שבראשותו למחלקת קורונה. ב-21 במרץ 2020 מתה אמו ממחלת הקורונה, ואת ה”שבעה” עשה ד”ר דיקר במחלקה, מתוך מחויבות לחולים שבאחריותו.
ד”ר דיקר, 58, נשא ונושא בתפקידים ציבוריים רבים ובהם נשיא הפדרציה האירופית לרפואה פנימית, יו”ר החברה הישראלית לחקר וטיפול בהשמנת יתר ויו”ר משותף של כוח המשימה האירופי לטיפול בהשמנה.
חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטת ציריך פרסמו בכתב העת Science גילוי דרמטי הנוגע למאפייני המוח של ראשוני המהגרים האנושיים מאפריקה לאירופה. עד כה היה מקובל לחשוב שפרטים אלה, שהיגרו מאפריקה לאיזור הקווקז לפני כ-1.8 מיליון שנה, היו מצוידים במוח קטן אך מודרני; המחקר הנוכחי מוכיח אחרת – מוחם היה דומה יותר למוחם של שימפנזים.
ד”ר אסף מרום, ראש המעבדה לאנטומיה ולאבולוציה של האדם בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט, השתתף במחקר בתקופת היותו פוסט-דוקטורנט של המחברים הראשיים של המאמר, פרופ’ מרסיה פונסה דה-לאון ופרופ’ כריסטוף זוליקופר מהמכון לאנתרופולוגיה באוניברסיטת ציריך.
לדברי ד”ר מרום, “עד כה נהוג היה לחשוב שמוחם של ראשוני המהגרים מאפריקה לאירופה אומנם היה קטן משלנו, ועם זאת מבחינה אנטומית-מבנית דומה יותר למוח של האדם המודרני מאשר למוח של שימפנזה. המחקר הנוכחי מפריך את ההנחה הזו – המוח ההוא לא היה רק קטן משלנו אלא גם דומה יותר למוח השימפנזה; אנליזה של מבנה קליפת המוח באיזור האונה הפרונטלית מראה שהיא היתה דומה יותר לאונה הפרונטלית הקופית מאשר לאונה הפרונטאלית האנושית המודרנית. באונה הפרונטלית של האדם מצויים מרכזים נוירואנטומיים שאנחנו מייחסים להם את היכולות הגבוהות של האדם: תכנון וקבלת החלטות, דיבור, שימוש בכלים, תקשורת חברתית מורכבת וכו’.”
התגלית מפריכה גם את האמונה שבני האדם הקדמונים יצאו מאפריקה בזכות אותו מעבר למוח המודרני; על פי הממצאים החדשים הם הצליחו לנדוד מאפריקה ולשרוד בדרך למרות העדרו של מוח כזה. ד”ר מרום מדגיש כי המונח “מוח פרימיטיבי” אינו מונח מזלזל; לאותם קדמונים היו יכולות מוחיות רבות שאפשרו להן להתגונן, לקיים חיי קהילה ולעשות שימוש בסיסי בכלים מסוימים. “אנחנו מסבירים תהליכי התפתחות כאלה כ’קו-אבולוציה’ – זו עדות לכך שגם פיתוח הכלים מילא תפקיד באבולוציה של המוח האנושי – לא רק כתוצאה של הכישורים הקוגניטיביים אלא גם כסיבה להם.”
אחת מהגולגלות של דמניסי (מוח פרימיטיבי, משמאל) וגולגולת מאינדונזיה (מוח מודרני יותר מלפני 1.7-1.5 מיליון שנה). קרדיט:MS Ponce de Leon and Ch. Zollikofer
חקר מוחותיהם של מינים קדומים הוא אתגר קשה מפני שמוחות אינם מתאבנים, ולכן אנו נאלצים להסתמך על ראיות עקיפות כגון שרידי גולגלות. במחקר הנוכחי שוחזר המוח על סמך סריקות CT מתקדמות, ברזולוציה גבוהה, שנערכו בסינכרוטרון – מאיץ החלקיקים בגרנובל שבצרפת. הסריקות בוצעו על חמש גולגלות שנמצאו בעשור הקודם בכפר הגאורגי הקדום דמַנִיסִי – העדות הקדומה ביותר לנוכחות אנושית מחוץ לאפריקה, המתוארכת לתקופה שלפני כ-1.8 מיליון שנה.
על סמך הסריקות האמורות שחזר ד”ר מרום את האנדוקסט (endocast) – הדפוס הפנימי של הגולגולת. חשיבותו של האנדוקסט בכך שהוא שופך אור על הנוירואנטומיה של האדם, כלומר על מבנה המוח עצמו. סריקות CT מספקות תמונות חתך (פרוסות) של המוח, ולדברי ד”ר מרום השחזור הצריך עבודה איטית ומדוקדקת שבה עוברים על חתכי הסריקה וכך משחזרים את המבנה התלת-ממדי של האנדוקסט. התוצאה: שחזור של המוח, לרבות חריצים וקפלים של קליפת המוח ואפילו רשת כלי הדם שבה.
“ההליכה על שתיים החלה לפני כ-2.5 מיליון שנה, אבל לאדם של אז היה מוח קטן ופרימיטיבי. אחת משאלות המחקר החשובות באבולוציה של האדם היא תיארוך של השינויים הנוירואנטומיים ההופכים את המוח ממוח פרימיטיבי, הדומה לזה של שימפנזה, למוח מודרני. כאמור, עד כה נהוג היה לחשוב שהשינויים האלה התרחשו באפריקה לפני ההגירה הראשונה לאירופה, אולם אנחנו הראינו שההנחה הזאת שגויה; אותם מהגרים מלפני 1.8 מיליון שנה היו בעלי מוח פרימיטיבי.”
מסקנת החוקרים היא שהתפתחות המוח המודרני התרחשה בתקופה מאוחרת יותר, לפני 1.7-1.5 מיליון שנה, ואז כבר התחוללו הגירות נוספות מאפריקה לאסיה. במחקר הבא מתכוונים החוקרים לבדוק את האפשרות שהמהגרים החדשים, בעלי המוח המודרני, פגשו את צאצאי המהגרים הקדומים וקיימו איתם אינטראקציות כלשהן.
ד”ר אסף מרום (MD, PhD) הצטרף לסגל הפקולטה לרפואה לאחר שסיים את לימודי הרפואה ואת הדוקטורט באנתרופולוגיה פיזית באוניברסיטת תל אביב ופוסט-דוקטורט במכון לאנתרופולוגיה באוניברסיטת ציריך. הוא ראש המעבדה לאנטומיה ואבולוציה של האדם, המשלבת שיטות דימות (imaging) ושיטות חישוביות לבניית מודלים שבאמצעותם אפשר לשאול מתי, למה וכיצד נהיו בני האדם. ד״ר מרום מלמד אנטומיה בפקולטה לרפואה ובפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון.
הבדלים נוירואנטומיים עיקריים בין מוח השימפנזה (A, משמאל) למוח האדם (B). באדום מסומנים חריצי המוח העיקריים. בצהוב ובכחול – איזורים קורטיקליים המהווים (יחד) את מרכז הדיבור ע״ש ברוקה. בחום (איזור 17) – הקורטקס הראייתי. האיזור המקווקו – Broca’s Cap – יוצר בליטות דומות באנדוקאסט של האדם ושל השימפנזה, אבל בליטה זו מתייחסת לאיזורים קורטיקליים שונים בשני היצורים. הבנה זו היתה מפתח לפיענוח האנדוקסט של הפרטים מדמניסי. קרדיט: MS Ponce de Leon and Ch. Zollikofer
“רציתי מאוד להשתתף בקמפיין הזה, שהוא מין תחרות, אבל בנאס”א התעקשו שאני חייבת לגייס צוות של שלושה אנשים. הסברתי להם שלא הצלחתי לגייס שותפים אבל זה החלום שלי, ובסוף הם השתכנעו והרשו לי להשתתף. כך יצא שהייתי הצוות היחיד של אדם אחד וגם הישראלית היחידה בין 116 קבוצות מכל רחבי העולם.”
נעמה, שגדלה בדיר אל-אסד שבגליל ומתגוררת כיום בחיפה, משתתפת במחקר במעבדתו של פרופ’ דן אדם בטכניון, ושם היא למדה לעשות סגמנטציה – חלוקה של תמונות למקטעים. המיומנות הזאת, היא אומרת, סייעה לה באיתור האסטרואידים. “קיבלתי מנאס”א סט של תמונות וסרטונים והייתי צריכה למצוא בתוכם אסטרואידים חדשים. את ה’צוות’ שלי כיניתי ANI (אסיל נעמה ישראל) והאסטרואידים שגיליתי ייקראו ANI1801 ו-ANI2001.
הרצוג, יליד 1932, גדל בכפר קטן על גדת הדנובה, בין וינה לבודפשט. לאחר מות אביו ב-1939 נישאה אמו בשנית והמשפחה עברה לבודפשט – מהלך שלדבריו הציל את חייו. בזיכרונותיו כילד בן 11 תיאר הרצוג את פלישת הצבא הגרמני להונגריה ואת החיים תחת המשטר ההונגרי ששיתף פעולה עם הנאצים. הוא סיפר על אלכסנדר ניקולין שעזר וסייע למשפחתו במהלך המלחמה, ובהמשך הוכר על ידי “יד ושם” כחסיד אומות עולם, ועל הימים שלאחר המלחמה.
לימים עלה יצחק ארצה, למד מקצוע והצטרף לרפאל, שם הכיר את רעייתו יהודית והקים עימה משפחה. הטכניון שזור בקורות המשפחה; בנותיו של יצחק הן ד”ר סמדר שולמי מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון, דלית ברטל בוגרת הפקולטה להנדסת מכונות וד”ר כרמית רונן, בוגרת הפקולטה לכימיה ע”ש שוליך; ועם נכדיו נמנים הסטודנטים איתמר ברטל מהפקולטה להנדסה אזרחית ומור ברטל מהפקולטה להנדסת מכונות.
ביולוגיה סינתטית היא תחום הנדסי חדש למדי, הרותם תהליכים טבעיים ויכולות בקידוד גנטי לטובת פיתוחים הנדסיים חדשים. לדברי פרופ’ עמית, “היכולות שלנו בתחום הזה גדלות במהירות אסטרונומית. אם בפוסט-דוקטורט יכולתי לעשות כמה עשרות ניסויים במקביל הרי שבמאמר שלנו מ-2012 כבר דיווחתי על אלף ניסויים במקביל ובעבודה של נעה כ”ץ – מאות אלפים. עם זאת, התרגום של מחקרים כאלה ליישומים כגון תרופות הוא אתגר יקר ומסובך המונע, למשל, פיתוח נרחב של תרופות אנטי-ויראליות.”
לדברי פרופ’ עמית, הבעיה העיקרית בהקשר זה הוא הכדאיות הכלכלית הנמוכה בפיתוח תרופות אנטי-ויראליות – עובדה הנובעת מספקטרום הפעולה הצר שלהן; תרופה אחת מתאימה לנגיף אחד. זאת בניגוד לאנטיביוטיקה, שיכולה לחסל כמה חיידקים שונים. זו הנישה שאליה נכנסו החוקרים משתי האוניברסיטאות: פיתוח תרופות שיפגעו בכמה נגיפים בעת ובעונה אחת.
“השיטה שפיתחנו, OL-ML, משלבת סינתזת די-אן-איי, ריצוף בקנה מידה רחב, למידה חישובית ומערך טיפול-תגובה (dose-response assay) – כלומר פלטפורמה לבדיקת ההשפעה של תרופות אנטי-ויראליות על הנגיף.”
השיטה שפיתחו החוקרים מאפשרת להם לסרוק באופן מהיר כמות עצומה של מולקולות פוטנציאליות ולבחון אם הן מתאימות לתפקיד האמור. זאת על סמך למידה חישובית ובפרט שימוש ברשתות נוירונים עמוקות (deep learning). לאחר צמצום האפשרויות נותרת כמובן העבודה הביולוגית – לבדוק אם מולקולות אלה מספקות את הסחורה בפועל.
ד”ר ירון אורנשטיין. צילום דני מכליס, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב
לדברי ד”ר אורנשטיין, “היישום של למידה עמוקה בגנומיקה בשנים האחרונות הביא ליכולות חיזוי מדהימות שלא יכולנו לדמיין קודם. בעבודה אימנו רשתות נוירונים עמוקות על עשרות אלפי דוגמאות מולקולריות שנאספו במעבדה של פרופ׳ עמית וביצענו חיזוי מדויק למיליוני דוגמאות שלא היו בניסוי המקורי. בצורה זו יכולנו לסרוק באופן מהיר כמות עצומה של רצפים שאי אפשר לסרוק בניסוי בזמן סביר בהינתן הטכנולוגיות והמשאבים הקיימים בימינו.”
לדברי פרופ’ עמית, “המחקר שלנו הדגים את האפשרות לגלות, באמצעות השיטה שפיתחנו, מולקולות אר-אן-איי שיכולות להיקשר ליותר מנגיף אחד. ההדגמה נעשתה על מולקולות מעטפת של פאג’ים (נגיפים התוקפים חיידקים), אבל אנחנו מעריכים שאותה גישה עשויה לפעול גם על חלבוני מעטפת של נגיפים אנושיים כגון שפעת וקורונה. מולקולה שיכולה להקשר לשני זנים או יותר של נגיפים יכולה להוות בסיס לדור חדש של תרופות אנטי-ויראליות שיתנו מענה להתפרצות חדשה של מגפת קורונה, שפעת או כל נגיף אחר.”
פרופ’ גיא ברטל – ראש המעבדה למחקר פוטוני מתקדם בפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי
“גלי רפאים” אינם יכולים להתגלות בשיטות מיקרוסקופיה סטנדרטיות משום שהאנרגיה שלהם זורמת על פני השטח ואינה יכולה לפרוץ החוצה לעבר גלאי המיקרוסקופ. זהו עקרון פיסיקלי בסיסי המגביל את כושר ההפרדה של מיקרוסקופ לכמחצית גודלו של חלקיק אור.
שיטת המיקרוסקופיה הסורקת את השדה הקרוב למשטח (Near-field scanning optical microscopy) פותחה כדי לגלות גלים אלה והפכה בעקבות זאת לכלי משמעותי בחקר חומרים, אינטראקציות אור-חומר ודגימות ביולוגיות. מיקרוסקופים כאלו מסוגלים לצלוח את אותה מגבלה ובכך לספק יכולת הפרדה מרחבית גבוהה עד פחות ממיליונית המילימטר. שיטות מיקרוסקופיית השדה הקרוב התפתחו במהלך השנים וכיום הן משלבות גם שיטות מתקדמות המבוססות על ירי אלקטרונים על פני השטח.
ועדיין, מיקרוסקופיית השדה הקרוב, כמו גם מיקרוסקופיית האלקטרונים המספקת מידע דומה, סובלות מכמה חסרונות שהבולט בהם הוא המגבלה על הצגת התמונות בזמן אמת, יכולת הכרחית לאיפיון ההתפתחות-בזמן של תופעות מזעריות.
כעת, במאמר ב-Nature Photonics, מציגים חוקרי הטכניון גישה מחקרית חדשה למיקרוסקופיית שדה-קרוב המאפשרת, בין היתר, להתמודד עם אתגר זה בעזרת תופעת ערבוב גלים באופטיקה אי-לינארית (Nonlinear wave-mixing) – תחום מחקר פורה שמקורו בהמצאת הלייזר בשנות ה-60. באמצעות ירי של אלומת אור רחבה לתוך המשטח הצליחו חוקרי הטכניון לשחזר במלואו את השדה האלקטרומגנטי של אותם גלי רפאים ואף הדגימו את יישומה של טכנולוגיה זו בניטור שינויים בשדה זה.
הדוקטורנט קובי כהן (מימין) והדוקטורנט קובי פרישווסר
לדברי המחבר הראשי במאמר, קובי פרישווסר, “התגלית התרחשה כשעבדתי בכלל על פרויקט אחר – יצירת גלי רפאים ייחודיים באמצעות אופטיקה לא ליניארית. במהלך העבודה הבנתי שתהליך היצירה הוא הפיך, כלומר, ככל שניתן לייצר גלים כאלה בתהליך לא ליניארי, כך ניתן גם לקרוא אותם לגלאי המיקרוסקופ ובכך בעצם לפתור את אותה בעיה ישנה של מיפוי גלי שטח – בזמן אמת.”
“בתהליך האמור נוצר אור בצבעים שונים המספק לנו מידע על אותם גלים שנשארו צמודים לפני השטח,” מסביר פרופ’ ברטל. “לעומת השיטות המקובלות האחרות, הטכניקה החדשה שפיתחנו אינה דורשת מכשור ייחודי – די במקור לייזר מספיק חזק וברכיבים אופטיים סטנדרטיים. אנחנו מאמינים שמוסדות וגופים נוספים יחברו אלינו לטובת תרגום מהיר של הטכנולוגיה הזאת ליישומים מסחריים.”
במחקר תמכו הקרן הישראלית למדע (ISF), מכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה בטכניון והאקדמיה הלאומית למדעים (מלגת אדמס לדוקטורנט שי צסס) ומלגת ות”ת (לדוקטורנט יעקב ח’יר-אלדין), והוא נערך בשיתוף המרכז לננו-אלקטרוניקה ע”ש שרה ומשה זיסאפל והמעבדה הפוטו-וולטאית ב-RBNI (מכון ראסל ברי למחקר בננטכנולוגיה).
הטכניון קיים בשבוע שעבר את שלב הגמר בתחרות רובוטראפיק ע”ש נדב שהם. התחרות ה-11 במספר נערכה במתכונת וירטואלית בהשתתפות מאות תלמידי תיכון מ-10 מדינות, ושלב הגמר סיכם חמישה ימי תחרות רצופים.
השנה התקיימה התחרות במתכונת וירטואלית – בתי הספר המשתתפים קיבלו את הוראות ההיערכות מראש וכל אחד מהם הציג את ביצועי המערכת בשידור חי בשעה שנקבעה לו. היתרון העיקרי של המתכונת הווירטואלית הוא במספר בתי הספר המשתתפים ובפיזורם הגאוגרפי; כמה מהקבוצות מגיעות מבתי ספר שמעולם לא השתתפו בתחרות. בסך הכול השתתפו בתחרות השנה כ-50 קבוצות ובהן 12 קבוצות מרוסיה ושש מסין וכן קבוצות מארגנטינה, מברזיל, ממקסיקו, מטייוואן, מארה”ב, מאוקראינה, מווייטנאם וכמובן מישראל.
בפרס מיוחד על הצטיינות בלימודי רובוטיקה זכו בית הספר העל יסודי משגב ובתי ספר מסין, מרוסיה, מברזיל, ממקסיקו ומוייטנאם. בקטגוריית מירוץ זכו (בסדר יורד) המרכז ללימודי העשרה בהלוחיב, אוקראינה, אורט ארגנטינה והמכללה לטכנולוגיה בקאנסק, רוסיה. בקטגוריית חנייה ברוורס זכו המכללה לטכנולוגיה בקאנסק, בית הספר המיוחד של אורט בצ’רניאבסקי, אוקראינה והמרכז ללימודי העשרה בהלוחיב. בקטגוריית יוזמות בבטיחות בדרכים זכו אורט קייב, האקדמיה היהודית ע”ש פרנקל בדטרויט, המרכז ללימודי העשרה בהלוחיב ואורט ארגנטינה. בפרס על למידת מבנה כלי רכב באמצעות CAD תלת-ממד זכו בית הספר המיוחד של אורט בצ’רניאבסקי, המרכז ללימודי העשרה בהלוחיב והגימנסיה היהודית “אלף” בזפוריז’יה, אוקראינה.
את התחרות מובילים מיום היווסדה ראש המרכז לרובוטיקה ע”ש לאומי פרופ’ משה שהם ומנהל המרכז ד”ר יבגני קורצ’נוי, ובשנה האחרונה הצטרף לתמונה Technion International – בית הספר הבין-לאומי להנדסה בטכניון. לדברי פרופ’ שהם, “השנה האחרונה הדגישה את נחיצותם של רובוטים אוטונומיים בהגנה על צוותים רפואיים, שהם הלוחמים האמיצים בחזית המאבק בקורונה, אולם גם בהקשרים רבים אחרים. אנחנו שמחים לקיים בכל שנה את התחרות הזאת, שמקרבת תלמידי תיכון לעולם הרובוטיקה ומאפשרת להם לחוות מעט מהפוטנציאל העצום הטמון בתחום זה.”
המשנה הבכיר לנשיא הטכניון, פרופ’ עודד רבינוביץ’, אמר לתלמידים כי “הרובוטים הפכו לחלק בלתי נפרד מחיינו בשנים האחרונות וכולנו נתקלים בהם בלימודים, בעבודה ובשעות הפנאי. נוכחותם רק תלך ותגבר בשנים הבאות, והתחרות הנוכחית נותנת לכם טעימה מהעולם המגוון והייחודי של הרובוטיקה והבנה של חשיבות הבסיס המתמטי והמדעי באתגרים הנדסיים. אם הבנתם את הדברים האלה – ניצחתם, ולא חשוב מה התוצאות שתשיגו בתחרות עצמה.”
לדברי ד”ר קורצ’נוי, “ארגון התחרות השנה חייב את כולם למאמץ רב בשל הפרשי הזמנים וכמובן בשל המגפה והסגרים, שהקשו על ההכנות בקבוצות רבות. אנחנו שמחים לציין כי חלקן של התלמידות בתחרות הולך וגדל, ויש לנו כמה קבוצות של תלמידות בלבד.”
תחרות רובוטראפיק, שהתקיימה בפעם הראשונה בינואר 2010, נועדה לטפח עניין במדע ובטכנולוגיה באמצעות פיתוח כלי רכב אוטונומיים הנדרשים לנוע בסביבה עירונית על סמך חוקי התנועה. בהכנות לתחרות מתנסים התלמידים בלימוד רובוטיקה, בחוקי נהיגה ובכללי זהירות בדרכים ורוכשים תוך כדי כך כישורי “עולם אמיתי” ובהם מנהיגות, יוזמה ועבודת צוות. התחרות היא פרויקט משותף של מרכז הרובוטיקה ע”ש לאומי בטכניון, ארגון World ORT, ארגון “קדימה מדע” וההסתדרות הציונית העולמית בשיתוף עמותת YTEK, Nvidia ו- IBS , ובתמיכת בנק לאומי.
פרופ’ ויגדרזון, יליד חיפה (1956), השלים תואר ראשון בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב בטכניון בשנת 1980 והמשיך לתואר שני ודוקטורט בפרינסטון, שם הוא משמש כיום חוקר במכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון. במהלך השנים הוא פרסם מאות מאמרים וזכה בשורה של פרסים ומלגות ובהם מלגת אלון, פרס גדל, פרס קוננט ופרס נבלינה.
פרופ’ אבי ויגדרזון
באתר הפרס נאמר כי “פרופ’ ויגדרזון ידוע ביכולתו לגלות קשרים בין תחומים שלכאורה אין קשר ביניהם. הוא העמיק את הקשרים בין מתמטיקה ומדעי המחשב. אין עוד אדם יחיד שהרים תרומה כה גדולה להרחבה והעמקה של תחום התיאוריות של סיבוכיות. הוא ערך מחקרים בכל הבעיות הקשורות לתחום זה ובמהלך השנים התחום התפתח סביבו. יישומו החשוב ביותר של תחום הסיבוכיות הוא כיום קריפטוגרפיה באינטרנט, ופרופ’ ויגדרזון תרם תרומות עצומות גם בהקשר זה, לרבות מחקרים ב- zero-knowledge proof המשמשת כיום בסיס חשוב בטכנולוגיות קריפטוגרפיה.”
דיקן הפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב פרופ’ דן גייגר אמר כי “הזכייה מבטאת את הקשר החיוני בין מתמטיקה ומדעי המחשב ובין מדע בסיסי ליישומים כגון קריפטוגרפיה. קבלת פרס אבל היא אבן דרך חשובה בקריירה המרשימה והעשירה של פרופ’ ויגדרזון ואנו מברכים אותו על הכבוד הרב.”
כדי להנגיש את תחום הסיבוכיות ואת קשריו לתאוריה של מדעי המחשב כתב פרופ’ ויגדרזון ספר בנושא: “מתמטיקה ומחשוב – תאוריה שחוללה מהפכה בטכנולוגיה ובמדע”. הספר, שראה אור באנגלית בהוצאת פרינסטון, זמין להורדה באתר בית הספר למתמטיקה במכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון:
הבוקר בשעה 8:07 שוגר לחלל, על גבי טיל של חברת Glavkosmos, להק הלוויינים האוטונומי שפותח בטכניון במסגרת פרויקט “אדליס-סמסון”. הלוויינים שוגרו מקוסמודרום “בייקונור” בקזחסטן – נמל החלל הראשון בעולם והאתר הראשון ששיגר אנשים לחלל (אפריל 1961, יורי גגארין). פרויקט “אדליס-סמסון”מתקיים בתמיכת קרן אדליס, קרן גולדשטיין, סוכנות החלל הישראלית במשרד המדע והטכנולוגיה והתעשייה האווירית.
ההתרגשות במכון אשר לחקר החלל בטכניון לאחר השיגור המוצלח
ארבע שעות ועשרים דקות אחרי השיגור נכנסו לווייני “אדליס-סמסון” למסלול, ואחרי כחצי שעה נוספת “התעוררו” והחלו בהפעלת מערכותיהם. היום אחר הצוהריים צפויה תקשורת ראשונה עם מרכז הבקרה בטכניון.
במרכז הבקרה במכון אשר לחקר החלל ישבו הבוקר – ועקבו בדריכות אחר השידור הישיר מקזחסטן – נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון, המשנה לנשיא ומנכ”ל הטכניון פרופ’ בועז גולני, סגן הנשיא לקשרי חוץ ופיתוח משאבים פרופ’ אלון וולף, ראש מכון אשר לחקר החלל פרופ’ יורם רוזן והאנשים המלווים את הפרויקט מאז תחילתו ובראשם פרופ’ פיני גורפיל ממכון אשר לחקר החלל.
“השיגור הבוקר לווה בהתרגשות אדירה,” אמר פרופ’ גורפיל, חבר סגל בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל. “זהו מחקר בסיסי רב שנים ששולב עם טכנולוגיה ישראלית מתקדמת והוא מאפשר לנו להצעיד את ישראל צעד חשוב קדימה בתחום הלוויינות הזעירה. אפשר להשוות את מידת החדשנות של ננו-לוויינים למעבר ממחשב לטלפון סלולרי. פרויקט ‘אדליס-סמסון’ מדגים קונספט חדש בננו-לוויינות והוא יאפשר לבצע פעולות רבות שהיו שמורות עד כה ללוויינים גדולים ויקרים. מדובר בקפיצת מדרגה ביכולותיהם של הטכניון ושל מדינת ישראל כולה בתחום של לוויינות זעירה, והיא תהפוך את הטכניון לחלוץ עולמי בתחומי האיכון והתקשורת, עם יישומים מגוונים הכוללים איתור נעדרים, חילוץ והצלה, חישה מרחוק וניטור סביבתי.”
צופים בשידור הישיר מאתר השיגור
להק הלוויינים הזעירים ינוע בחלל בטיסת מבנה אוטונומית, כלומר – הם ינועו בתיאום ביניהם ללא צורך בהכוונה מהקרקע. הלהק ישמש לחישוב מיקום של מקורות קורנים על פני כדור הארץ, טכנולוגיה שתיושם באיתור אנשים, מטוסים וספינות. כל אחד משלושת הלוויינים בלהק שוקל כ-8 קילוגרם. על גבי כל לוויין הותקנו מכשירי מדידה, אנטנות, מערכות מחשב, מערכות בקרה, מכשירי ניווט ומערכת הנעה ייחודית וחדשנית. הלוויינים ינועו בטיסת מבנה בגובה 600 ק”מ מעל פני הקרקע ויאתרו, בדיוק גבוה, אותות על כדור הארץ. האותות ישודרו למרכז בקרת-משימה מיוחד שנבנה במכון אשר לחקר החלל בטכניון. מקלט המשימה פותח בתעשייה האווירית. זהו השיגור הראשון של שלושה לוויינים ישראלים בעת ובעונה אחת.
“פרויקט ‘אדליס-סמסון’ הוא דוגמה נפלאה ומרגשת לשילוב מוצלח בין מדע לטכנולוגיה ולתרגום של רעיונות חדשניים לכדי מערכות אפקטיביות התורמות לאנושות,” אמר נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון. “פריצות דרך מדעיות וטכנולוגיות מצריכות כיום מחקר רב-תחומי ושיתוף פעולה הדוק בין האקדמיה לתעשייה, ואלה המרכיבים שהובילו את הפרויקט אל היום החשוב הזה. זהו רגע מרגש ומכונן לטכניון ולמדינת ישראל.”
השיגור הנוכחי ממשיך מסורת טכניונית שהחלה ב-1998 עם שיגורו המוצלח של הלווין גורווין-טכסאט 2. לווין זה פעל בחלל יותר מ-11 שנים, זמן שיא לפעילות אקדמית בחלל. “שיגור ‘אדליס-סמסון’ הוא רגע דרמטי שחיכינו לו תשע שנים ונעקוב אחריו בדריכות,” אמר פרופ’ סיון. “אני מודה מקרב לב לשותפינו בקרן אדליס, קרן גולדשטיין, סוכנות החלל הישראלית והתעשייה האווירית שסייעו לנו להפוך פרויקט זה למציאות. בכל פעם שתביטו לשמיים זיכרו שהטכניון שוב הצליח להגיע לחלל.”
כל הפיתוחים הייחודיים של הלוויינים הם תוצרת כחול-לבן ופותחו בשיתוף פעולה יוצא דופן בין האקדמיה לתעשייה: מערכת הנעה מיוחדת, המבוססת על גז קריפטון, תהיה הראשונה מסוגה בעולם שתתופעל על לוויין זעיר. המקלט הדיגיטלי ומערכת בקרת ההכוון פותחה על ידי התעשייה האווירית בשיתוף חוקרי הטכניון. נוסף למערכת ההנעה יצברו הלוויינים אנרגיה דרך פאנלים סולריים שייפרשו לצדי כל לוויין וישמשו ככנפיים שיבקרו במידת הצורך את טיסת המבנה ללא שימוש בדלק, באמצעות התנגדות האוויר באטמוספירה. על גבי כל אחד מהננו-לוויינים הורכב מקלט דיגיטלי, אחד המקלטים המורכבים ביותר שתוכננו אי פעם בננו-לוויין. המערכת לעיבוד המידע על הלוויין והאלגוריתמים שישמרו על טיסת המבנה יהיו מהראשונים מסוגם בעולם, ויתמכו בהפעלה אוטונומית של כמה לוויינים בעת ובעונה אחת. מערכת הניווט תכלול שני מקלטי GPS שישמשו לניווט אוטונומי. מערכות התקשורת שבאמצעותן יתקשרו שלושת הננו-לוויינים זה עם זה ועם תחנת הקרקע יתופעלו בשלושה תדרים שונים – אתגר משמעותי שנפתר בפרויקט הנוכחי. תדר ייעודי ישמש להעברת מידע לכדור הארץ בפס רחב.
מערכות הבקרה וההנעה של הלוויינים גם הן בגדר חידוש טכנולוגי; כדי לחסוך דלק מסתייעים הלוויינים בשני כוחות טבעיים – כבידה והתנגדות אטמוספרית – וכך מניעים את עצמם. באופן זה הם נזקקים לכמות זעומה של דלק – פחות מגרם דלק ביום לכל לוויין. הישג זה הוא תוצאה של עשר שנות מחקר שקדמו לשיגור.
נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון, המשנה לנשיא ומנכ”ל הטכניון בועז גולני וראש מכון אשר לחקר החלל פרופ’ יורם רוזן עם פרופ’ פיני גורפיל וצוות החוקרים ממכון אשר לחקר החלל שעבד על הפרויקט: אבנר קידר, הוביק אגלריאן, ד”ר ולדימיר בלבנוב, אביתר אדלרמן, ירון עוז, מקסים רובנוביץ’, מרגריטה שמיס, יוליה קונייבסקי, צחי עזרא וד”ר אלכס פריד
המעקב אחר הלוויינים, ואיסוף הנתונים שישדרו, יתקיימו בתחנת הבקרה אדליס-סמסון שנחנכה בטכניון בשנת 2018. התחנה, שנבנתה בתמיכת קרן אדליס, מכילה מערך אנטנות מתוצרת אורביט הישראלית ותקיים תקשורת רציפה עם הלוויינים – אתגר גדול משום הקירבה ביניהם וריחוקם מכדור הארץ.
“במשך שנים רבות רווחה הסברה שטכנולוגיות חלל, והחלל עצמו, הם נחלתן של מעצמות כלכליות מובילות; שהם יעדים מסובכים, גדולים ויקרים מכפי יכולתן של מדינות מן השורה,” אמרה רבקה בוכריס, נאמנת קרן אדליס. “ישראל הפריכה זאת, וכיום אין חולק על כך שהמדינה הקטנה חברה במעגל המצומצם של מעצמות חלל, זאת הודות להתפתחותה המהירה של תעשיית החלל בישראל. ‘אדליס-סמסון’ הוא פרויקט ייחודי המגלם את הרוח הישראלית, את עוצמתה ואת משאביה האינטלקטואליים של מדינת ישראל. הוא מבטא את חוזקותיה הטכנולוגיות והמדעיות ומציב אותה על מפת העולם בתחומי התעופה והחלל, וכל זאת בתקציב צנוע ובסביבה אקדמית. קרן אדליס רואה בעצמה גוף הזורע את זרעי העתיד ומקווה שפרויקט זה יהיה ראשון מני רבים. אנו מקווים שפרויקט ‘אדליס-סמסון’ יפיח השראה בפרויקטים קטנים וחכמים נוספים שיובילו פיתוחים ישראליים לחלל לתפארת מדינת ישראל.”
“תחום הננו-לוויינים מצוי בתנופה משמעותית בשנים האחרונות ומספר השיגורים גדל והולך מדי שנה,” אמר מנהל סוכנות החלל הישראלית במשרד המדע והטכנולוגיה אבי בלסברגר. “עלויות הפיתוח והשיגור של לוויינים כאלה, המסוגלים למלא מגוון שימושים, נמוכות משמעותית מאלה של לוויינים רגילים. בעתיד הקרוב צפויות להופיע רשתות שיכללו אלפי ננו-לוויינים שיכסו את כדור הארץ ויאפשרו תקשורת אינטרנט מהירה בעלות נמוכה משמעותית מהמקובל כיום, כמו גם יישומים רבים אחרים כגון זה אשר יודגם בלווייניי סמסון.”
“אנו רואים חשיבות רבה בשיתוף הפעולה עם הטכניון בקידום מחקר אקדמי וטכנולוגיות עתידיות בתחום החלל,” אמר מנכ”ל התעשייה האווירית בועז לוי. “התעשייה האווירית, בית החלל של ישראל, מהווה את מרכז הכובד בתחום ורואה בחיבור לאקדמיה ערך מוסף ברמה העסקית וברמה הטכנולוגית שיוביל להמשך החדשנות וההובלה של ישראל בתחום החלל. העבודה המשותפת מובילה להמשך פיתוח האקו-סיסטם כולו והתעשייה האווירית גאה לשלב כוחות בפרויקט חדשני ופורץ דרך זה”.
בפרויקט ‘אדליס-סמסון’ של הטכניון שותפים גופים רבים ובהם קרן אדליס, קרן גולדשטיין, סוכנות החלל הישראלית במשרד המדע והטכנולוגיה והתעשייה האווירית, שפיתחה את מקלט המשימה לאיתור האותות מהקרקע ולאיכונם. בטכניון מעורבים בפרויקט חוקרי מכון אשר לחקר החלל אבנר קידר, הוביק אגלריאן, ד”ר ולדימיר בלבנוב, אביתר אדלרמן, ירון עוז, מקסים רובנוביץ’, מרגריטה שמיס, יוליה קונייבסקי, צחי עזרא וד”ר אלכס פריד, והשתתפו בו סטודנטים רבים במרוצת השנים.
הטכניון פתח אתמול (א’) את סמסטר האביב תשפ”א במתכונת של הוראה היברידית, המשלבת הוראה מקוונת והוראה פרונטלית בקמפוס ותחת הגבלות משרד הבריאות והנחיות התו הירוק. כך, לאחר שנת לימודים מאתגרת של לימודים מקוונים, החלו הסטודנטים והסטודנטיות לחזור לכיתות, לקמפוס וללמידה פרונטלית, זאת בהצגת תעודת מתחסן והרשמה מראש.
הפקולטות ויחידות הטכניון נערכו מראש לקראת שיבת הסטודנטים לקמפוס. כדי להבטיח את שלומם של באי הקמפוס הציבה יחידת הביטחון סדרנים, מאבטחים, סיירים ונאמני קורונה שהוסמכו לכך. הם שומרים על בטיחות הסטודנטים וחברי הסגל ודואגים לשמירת תקנות התו הירוק בקמפוס. רק סטודנטים בעלי תעודת מתחסן שנרשמו מראש לשיעורים יוכלו ללמוד בכיתות, והכל בהתאם לתפוסה המותרת בכל כיתה וכיתה. תחת הכותרת – ‘חזרנו בירוק’ קיבלו נציגי דקנאט הסטודנטים ואס”ט את פני הסטודנטים בקמפוס בדגלים ובשלטים מאירי עיניים, בחלוקת עוגיות מזל ובברכות.
זהו יום חג לכולנו,” אמר נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון בסיור שערך בקמפוס יחד עם המשנה הבכיר לנשיא פרופ’ עודד רבינוביץ’ והדיקנים הכלל טכניונייים. “את חברי הסגל האקדמי והמינהלי כבר החזרנו בהדרגה לקמפוס בשבועיים האחרונים, כמובן על פי הנחיות משרד הבריאות, והיום החלו גם הסטודנטים, ליבו הפועם של הטכניון, לחזור לכיתות. סמסטר האביב הזה, כך נדמה, מגיע אחרי חורף ארוך שנמשך בעקבות המגפה שנה שלמה. כעת נוכל סוף סוף לחזור ולשמוע את ההמיה האקדמית בכיתות, במעבדות, במסדרונות ובמשרדים. יחד עם הסטודנטים ישוב הקמפוס להיות מרכז אינטלקטואלי תוסס.”
נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון עם סטודנטים בסיור בקמפוס
“כבר יותר משנה שלא לימדתי בקמפוס וזה בהחלט מרענן – פי אלף יותר נוח מהזום שלצערי התרגלנו אליו.” אמר פרופ’ איתן יעקבי, חוקר ומרצה לקומבינטוריקה בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב. “לסטודנטים שנמצאים כאן בשיעור זאת הפעם הראשונה שהם לומדים פרונטלית בקמפוס. כעת אנחנו מבינים כמה חשוב הקשר האישי עם הסטודנטים, שחסר לי מאוד בשנה האחרונה. בהצלחה לכל מי שמלמד ובעיקר למי שלומד, הסטודנטים.”
“אני ממש מתרגש להיות כאן ונראה לי שהמרצה מתרגש יותר מכולם”, אמר ליעד פרל, סטודנט שנה שנייה בהנדסת מחשבים. “פתאום יש בדיחות בשיעור ואתה צוחק באמת, לא מול מסך.”
“אנחנו מתרגשות מאוד לחזור לכיתה,” אמרו סטודנטיות לביולוגיה שנה א בקורס ביוכימיה ואנזימולוגיה של המרצה פרופ’ מיטל לנדאו, “ממש כמו ביום הראשון בכיתה א’.”
“הלימודים בבית, בזום, היו קשים לנו,” אמרו סטודנטים בקורס כימיה אנליטית של ד”ר נדב אמדורסקי, “הן מבחינת ההפרעות בתקשורת והן מבחינת הסחות הדעת בבית. אנו שמחים לחזור לכיתה.”
כיתה היברידית. בשיעור של ד”ר אביב צנזור, סטודנטים לומדים מהכיתה ובאופן מקוון במקביל
לפני שנה, ערב פתיחת סמסטר אביב תש”ף, הוטל על המוסדות להשכלה גבוהה איסור גורף על הוראה פרונטלית. למרות ההתראה הקצרה פתח הטכניון את סמסטר האביב תש”ף באופן מקוון במועד המתוכנן, 18 במרץ 2020, כמעט ללא תקלות. זאת בעקבות מאמץ מודע ומתמשך להכנסתן של טכנולוגיות הוראה דיגיטליות במשך השנים שקדמו למגפה.
שני הסמסטרים שחלפו מאז מרץ 2020 שהתקיימו בצורה מקוונת הודות לעבודה הבלתי נלאית של המשנה הבכיר לנשיא הטכניון פרופ’ עודד רבינוביץ’, דיקן לימודי הסמכה פרופ’ חוסאם חאיק ורבים אחרים הוכיחו שהפלטפורמות הדיגיטליות אומנם מאפשרות הוראה מקוונת והמשך לימודים, אולם הן לא יוכלו להחליף לגמרי את ההוראה הפרונטלית. האינטראקציה הממשית בין הסטודנטים לבין עצמם ובינם לבין המרצים היא מרכיב חיוני בחיי הקמפוס, בלמידה ובהתפתחות הסטודנטיאלית. זה הרקע לקידומה של ההוראה ההיברידית, המשלבת הוראה מקוונת עם למידה פעילה בכיתה.
