הקונספט שהתפרסם בכתב העת ACS Nano מבוסס על קטילת הנגיף באמצעות קרינת אולטרה-סגול.
קבוצת חוקרים בין-לאומית מישראל, מספרד ומבריטניה מציגה פתרון ישן-חדש לקטיעת מעגל ההדבקה בקורונה: חיטוי באמצעות קרינת אולטרה-סגול. החוקרים – מומחים בווירולוגיה, באימונולוגיה, באירוסולים, באדריכלות ובפיזיקה – פרסמו את הקונספט בכתב העת ACS Nano. בקבוצת המחקר חבר ד“ר עדו קמינר מהפקולטה להנדסת חשמל ע“ש ויטרבי בטכניון.
מגפת COVID-19, שהתפשטה במהירות ממחוז ווחאן בסין לכ-190 מדינות וגבתה עד כה את חייהם של כ-460 אלף איש ברחבי העולם, הובילה לנקיטת אמצעי מנע שונים ומגוונים. מדינות רבות הצליחו לבלום את המגפה באמצעות הפסקת טיסות בין-לאומיות ותחבורה ציבורית וסגירה של אתרים ציבוריים ובהם בתי ספר ואוניברסיטאות, מסעדות ובתי קפה, מועדוני ספורט ומקומות עבודה.
צעדי המנע האמורים אכן סייעו בבלימת המגפה, אך גבו מחיר חברתי וכלכלי משמעותי. לפיכך מנסות ממשלותיהן של “מדינות הקורונה” להחזיר את החיים לשגרה תוך הקפדה על כללים בסיסיים כגון ריחוק פיזי, שטיפת ידיים תכופה ושימוש במסכות. עם זאת, ברור כי הקירבה הפיזית הנהוגה בחללים כגון אוטובוסים ומשרדים, מסעדות וחדרי כושר, אולמות מופעים וכיתות לימוד מקשה לשמור על כללים אלה. לכן מתקיים “מירוץ חימוש” אחר כלים לחיטויין של אותן סביבות חיוניות.
ההדבקה בנגיף SARS-CoV-2מתרחשת בעיקר באחת משתי דרכים: הדבקה “בין-אישית” באמצעות טיפות קטנות של נוזלי גוף המרחפות באוויר; והדבקה דרך משטחים מזוהמים, כלומר משטחים שחולים נגעו בהם או השאירו עליהם טיפות רוק. ההדבקה באמצעות משטחים משמעותית במיוחד בחללים סגורים, ולכן חיטוי משטחים וחיטוי האוויר בחללים כאלה הפך ליעד משמעותי במאבק בקורונה. חומרי חיטוי נמצאו יעילים בהקשר זה, אולם הם יקרים, מצריכים עבודה רבה וגוררים השלכות שליליות על בריאות האדם.
כעת, לאחר בחינה של מגוון אפשרויות, מציעה קבוצת המחקר הבין-לאומית להשתמש בקרינת אולטרה-סגול לצמצום ההדבקה ב-SARS-CoV-2. הקונספט של הרג חיידקים ונגיפים באמצעות קרינת אולטרה-סגול זיכה את החוקר הדני נילס פינסן בפרס נובל ברפואה כבר בשנת 1903, וזאת על טיפול בשחפת העור (lupus vulgaris). באופן דומה מציעים החוקרים להשתמש בספקטרום מסוים של UV-C – קרינת אולטרה-סגול הידועה בכוחה לקטול חיידקים ונגיפים – לחיטוי עצמים ומשטחים כגון כפתורי מעליות וידיות דלתות ואפילו לחיטוי האוויר במערכות האוורור בבניינים. כיום משמשת קרינה זו בחיטוי חדרי ניתוח, בחיטוי אריזות מזון ובמתקנים לטיהור מים, ומנורות המפיצות אותה הן מוצר זמין וזול. לדברי החוקרים, יישומה של קרינת UV-C בקטילת נגיף SARS-CoV-2הוא פתרון מהיר, גמיש וזול לחיטוי של מיליוני חללי עבודה ובהם משרדים, בתי ספר, מתקני בריאות וכלי תחבורה. יתר על כן, פתרון זה, שנועד לתת מענה מיידי לאתגרי הקורונה, עשוי להועיל בעתיד כתשתית סטריליזציה סטנדרטית במבני ציבור, במערכות תחבורה ציבורית וכיו“ב.
במחקר השתתפו ד“ר עדו קמינר מהפקולטה להנדסת חשמל ע“ש ויטרבי בטכניון ועמיתיו במוסדות הבאים: ICFO – The Institute of Photonic Sciences ,University of the Basque Country ,University of the Basque Country ,Rovira i Virgili University ואוניברסיטת סאות’המפטון
מסלולי התפשטות הנגיף בשגרה בסכמה פשוטה (למעלה) ובתיאור חזותי של חשיפה לנגיף בפעילויות שגרה (למטה). הצבת מנורות UV-C במערכות אוורור ובחדרים שאינם בשימוש, ללא חשיפה ישירה של בני אדם לקרינה זאת, תבלום את התרבות הנגיף. Credit: Nacho Gaubert
Notice: further permissions related to the material excerpted should be directed to ACS.
שלוש קבוצות מחקר בין-לאומיות, שבהן שותפים חוקרים מהטכניון, מובילות פרויקטים של כ-1 מיליון יורו כל אחד – מענקים מטעם האיחוד האירופי במסגרת מאגד EIT-Food, שנועד להוביל מהפכת חדשנות בעולם המזון.
פרופ’ יואב ליבני
פרופ’ יואב ליבני מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון מוביל פרויקט להפחתת צריכת הסוכר – אחד היעדים הראשיים של ארגון הבריאות העולמי במאבק בסוכרת ובהשמנת יתר. פרופ’ ליבני והחברות פפסיקו, דנונה ואמאי-חלבונים (שנוסדה על ידי ד”ר אילן סמיש) מפתחים ממתיקים חלופיים המבוססים על חלבונים מתוקים שמקורם בפירות אקזוטיים. מאחר שחלבונים אלה מתוקים אלפי מונים מסוכר, אפשר להשתמש בכמויות מזעריות שלהם. יתר על כן, הם אינם משמינים כלל (ערך גליקמי 0) ואינם משפיעים לרעה על הבריאות או על אוכלוסיית חיידקי המעי (המיקרוביום).
“למרות יתרונות מובהקים אלה,” מסביר פרופ’ ליבני, “החלבונים המתוקים המופקים מפירות טרופיים אינם משמשים כיום במזון ומשקאות בשל עלות גבוהה, כמות מוגבלת ומתיקות מתמשכת שאינה קיימת בסוכר. המחקר המשותף שלנו צפוי לפתור את המגבלות האלה באמצעות ייצור החלבונים בתהליכי תסיסה ושיפור מאפייני המתיקות על ידי טכנולוגיית מיקרו-עטיפה (מיקרו-אנקפסולציה) שאנו מפתחים בטכניון במסגרת הפרויקט. אנחנו מקווים להביא לשוק פריצת דרך שתאפשר צמצום משמעותי בצריכת הסוכר בישראל, באירופה ובעולם כולו לטובת בריאות האדם.”
ד”ר אבי שפיגלמן
ד”ר אבי שפיגלמן מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון שותף בפרויקט שנועד להחליף מייצבי מזון קיימים במייצבים בריאים יותר המבוססים על פקטין, המגיע ממקורות צמחיים מגוונים. מטרה נוספת של הפרויקט היא הגדלת הפוטנציאל של שימוש במרכיבי שיבולת שועל. המחקר מתבסס על טכנולוגיית UHPH , ובעברית “הִמְגוּן בלחץ אולטרה-גבוה” – תהליך שפותח במקור לצורך פסטור ועיקור של מזון נוזלי. תהליך זה מבוסס על הזרמת נוזל דרך שסתום צר בלחץ גבוה מאוד (מאות מגה-פסקל). כוחות פיזיקליים אלה משנים את מבנה החומרים בנוזל.
כאן ישמש תהליך ה-UHPH לשינוי מבני של רב-סוכרים (הפקטין ומרכיבי שיבולת השועל), שהם הידרוקולואידים המשפיעים על צמיגות ומרקם ובנוסף מהווים סיבים תזונתיים. בפרויקט שותפים המכון הגרמני לטכנולוגיות מזון (DIL), Herbstreith & Fox ,Maspex ,ZPOW Agros Nova ו.Glucanova- לדברי ד”ר שפיגלמן, “אנחנו מעריכים שהפרויקט יגביר את הטמעתם של הידרוקולואידים מגוונים ממקורות צמחיים בתעשיית המזון וכך ירחיב את השימוש בחומרים אלה ויספק לאוכלוסייה תזונה בריאה יותר.”
פרופ’ יחזקאל קשיפרופ’ גלעד יוסיפון
פרופ’ יחזקאל קשי מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון ופרופ’גלעד יוסיפון מהפקולטה להנדסת מכונות מובילים פרויקט לפיתוח טכנולוגיה חדשנית למניעת הרעלות מזון – תופעה המובילה לאלפי מקרי מוות בשנה באירופה לבדה. חוקרי הטכניון חברו לשישה שותפים אירופיים (EUFIC, Grupo AN, Maspex, Energy Pulse Systems ו- University of Queen Belfast) כדי לפתח טכנולוגיה לניטור מהיר של רעלנים, ובעיקר חיידקים פתוגניים. כיום מנוטרים חיידקים אלה בתהליכי מעבדה ממושכים, ופער הזמן בין מועד הבדיקה לקבלת הממצאים מונע תגובה מהירה להימצאות פתוגנים במזון.
הפרויקט האמור יתבסס על טכנולוגיית “מעבדה על שבב” שפיתחו חוקרי הטכניון וכבר עברה אימות על דגימות ביולוגיות שונות. טכנולוגיה זו כוללת ריכוז החיידקים והגברה של רצפי הדי-אן-איי שלהם עד לקבלת אות מדיד. לדברי פרופ’ קשי ופרופ’ יוסיפון, “השיטה החדשה תאפשר זיהוי מהיר של חיידקים ורעלנים, ומאחר שהיא גם זולה יחסית לשיטות הקיימות היא תעודד את הגורמים המעורבים בשוק המזון לבדוק את המוצרים בתדירות גבוהה לאורך כל שרשרת האספקה. כך ינוטרו בזמן אמת חומרי גלם ומוצרים שאינם תקינים ויימנעו אירועי recall המזיקים לחברות ולתדמיתן.”
הזכייה תעניק לקבוצה הזוכה מימון ראשוני, משרד בניו יורק לשנה וליווי מקצועי בשווי של 100 אלף דולר.
EnRoute מפתחת טכנולוגיה לצמצום ההוצאות הלוגיסטיות, המהוות כמעט כמחצית מתקציבם הכולל של בתי
מתן חמרהאורי שמלה
חולים. הוצאה גדולה במיוחד קשורה בשינוע ציוד ואנשים בין יחידות באמצעות עובדים העוסקים בכך. הפתרון שפיתחה החברה הוא טכנולוגיה למעקב רציף אחר מיקומי העובדים ולניהול התנועה על סמך אלגוריתמים ייעודיים. הטכנולוגיה האמורה משפרת משמעותית את שינוע המטופלים ומפחיתה בכ-50% את ההוצאות העקיפות של בית החולים. בנוסף על כך, הטכנולוגיה תאפשר ניהול יעיל יותר של בתי חולים בעתות משבר וחירום, ובידוד יעיל יותר של חולים במחלות מדבקות כמו וירוס הקורונה.
קמפוס קורנל-טק, שבמסגרתו פועל מכון טכניון-קורנל ע”ש ג’ייקובס, נחנך במנהטן בשנת 2017 בעקבות זכייתם המשותפת של הטכניון ואוניברסיטת קורנל בתחרות שקיימה עיריית ניו-יורק. בתחרות האמורה, המתקיימת זו הפעם השישית, משתתפים מיזמים שפותחו ב- Startup Studio בקורנל-טק. המיזמים שצמחו בסטודיו מאז הקמתו גייסו עד היום סכום מצטבר יותר מ-100 מיליון יורו.
חברת Enroute הינה שיתוף פעולה ראשון מסוגו בין סטודנטים של הטכניון חיפה עם סטודנטים של מכון טכניון-קורנל בניו-יורק. שיתוף פעולה זה התאפשר בזכות קורס משותף בנושא יזמות רפואית שהועבר בסמסטר חורף האחרון, בשיאו התקיימה בבית החולים איכילוב תחרות האקתון שאורגנה על ידי חברת MindState.
חוקרים בטכניון מציגים בכתב העת Nature Methods קפיצת מדרגה במיקרוסקופיית תלת-ממד של תאים בסופר-רזולוציה. המערכת החדשנית מקצרת משמעותית את זמן יצירת התמונה בתלת-ממד, וזאת באמצעות רשת נוירונים ולמידה עמוקה. החוקרים הדגימו את יעילות המערכת באופן ניסויי במיפוי תלת-ממדי של מיטוכונדריה (יצרנית האנרגיה בתא) ובעקיבה אחר טלומרים (אזורים בקצוות הכרומוזומים, האחראים בין השאר לחלוקת התאים בגוף) בתאים חיים.
את המחקר הובילו ד”ר יואב שכטמן והדוקטורנט אליאס נעמה מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית וד”ר תומר מיכאלי מהפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי.
אחד האתגרים הגדולים של הביולוגיה בימינו הוא מיפוי של תהליכים ביולוגיים דינמיים בתאים חיים בסופר-רזולוציה, כלומר בכושר הפרדה הגדול פי 10 מכושר ההפרדה של מיקרוסקופ אופטי רגיל.
ד”ר יואב שכטמןד”ר תומר מיכאלי
מיקרוסקופים, ככלל, מייצרים תמונות דו-ממדיות, אבל העולם הוא תלת-ממדי ולכן מידע דו-ממדי הוא מידע חסר. תמונות תלת-ממדיות מושגות כיום באמצעות סריקה שכבתית, כלומר דימות של שכבות שונות בדגימה ואינטגרציה שלהן באמצעים ממוחשבים לכדי תמונה תלת-ממדית. הבעיה היא שתהליך כזה מצריך זמן סריקה רב, שבמהלכו העצם הנחקר חייב להיות סטטי. בנוסף, במיקרוסקופיה האופטית הקלאסית מוגבלת רמת הרזולוציה (כושר ההפרדה) על ידי “גבול הדיפרקציה” שניסח הפיזיקאי הגרמני ארנסט קרל אַבֶּה בשנת 1873.
כאן נכנסת לתמונה DeepSTORM3D – מערכת למיפוי תלת-ממדי בסופר-רזולוציה שפיתחו החוקרים. לדברי ד”ר יואב שכטמן, שהוביל את פיתוח המערכת, “כדי לקבל מידע עומק מתמונה דו-ממדית אנחנו משתמשים בעיצוב חזית גל – שיטה אופטית המקודדת את העומק של כל מולקולה בצורה המתקבלת על המצלמה. הבעיה בשיטה זו היא שכשאנחנו מצופפים את נקודות האור הפלואורסצנטיות בדגימה כדי לקבל יותר מידע, הצורות השונות עולות זו על זו בצילום ופוגעות ברזולוציה המרחבית והזמנית.”
הדוקטורנט אליאס נעמה קרדיט צילום ניצן זוהר, דוברות הטכניון
כדי להתמודד עם האתגר רתמו החוקרים את התחום החם של למידה עמוקה (Deep learning). הם פיתחו רשת עצבית מלאכותית – מערכת המבצעת משימות חישוביות ברמת ביצועים ובמהירות חסרת תקדים. יחד עם ד”ר תומר מיכאלי מהפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי, מומחה בתחום זה, פיתחו החוקרים רשת עצבית המתאמנת על כמות עצומה של דגימות וירטואליות ולאחר מכן יודעת לנתח את המידע הנקלט מתמונות מיקרוסקופ של דגימות ממשיות ולהפיק ממנו תמונות תלת-ממד בסופר-רזולוציה.
לדברי ד”ר שכטמן, “הטכנולוגיה החדשה מקדמת אותנו למימוש אחת השאיפות הגדולות במחקר הביולוגי – מיפוי של תהליכים ביולוגיים בתאים חיים בסופר-רזולוציה. חשוב לי מאוד שאנשי מדעי החיים יפיקו תועלת מהמכשור שלי, ולכן אני מקיים קשרים הדוקים עם ביולוגים שמסבירים לי מהם הצרכים שלהם. ברור לי שהמערכות שאנחנו מפתחים חייבות להיות ידידותיות מספיק למשתמשים שאינם מהנדסים, ואנחנו משקיעים גם בכך מאמץ בקבוצה שלי.”
רשתות הנוירונים משמשות את ד”ר שכטמן לא רק באנליזה של התמונות אלא גם בשיפור המכשור. “זה אולי הכיוון העתידי המלהיב ביותר שיצא מהפיתוח הנוכחי – הרשת העצבית סיפקה לנו את התכן הפיזי האופטימלי של המערכת האופטית. במילים אחרות – המחשב לא רק ניתח את הנתונים אלא אמר לנו איך איך לבנות את המיקרוסקופ. אפשר ליישם את הקונספט הזה גם בתחומים שאינם קשורים למיקרוסקופיה, ואנחנו עובדים על זה.”
במחקר השתתפו דניאל פרידמן ממרכז המחקר של גוגל וחוקרים וסטודנטים מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית, ממרכז לורי לוקיי למדעי החיים וההנדסה וממכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה בטכניון: רחלי גורדון, בוריס פרדמן, ד”ר לוסיאן וייס, ד”ר אונית אללוף, טל נאור ורעות אורנג’. המחקר נערך בתמיכת הנציבות האירופית למחקר במסגרת תוכנית H2020, גוגל, הקרן הלאומית למדע וקרן צוקרמן.
חוקרים בטכניון פענחו את המבנה הייחודי של האצה Jania sp. את המחקר שהתפרסם בכתב העת Advanced Science הובילו פרופ’ בעז פוקרוי והדוקטורנטית נופר ביאנקו-שטיין מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים.
פרופ’ בעז פוקרוי
האצה Jania sp , ממשפחת האצות האדומיות (phylum Rhodophyta), נפוצה במים רדודים, שם היא נתונה לתנאים עוינים ובהם רטיבות, מליחות וזרמים חזקים. עמידותה מבוססת על מבנה מיקרומטרי ייחודי המשלב גמישות רבה עם חוזק. את המתכון לשילוב זה חיפשו חוקרי הטכניון במחקר הנוכחי.
כדי להתחקות אחר המיקרו-מבנה הייחודי של האצה בחנו אותה חוקרי הטכניון בסינכרוטרון ESRF בגרנובל, צרפת. מאיץ חלקיקים מעגלי זה, שהיקפו 844 מטר, הוא הסינכרוטרון החזק בעולם במונחי עוצמת האור שהוא מפיק; קרני ה-X שהוא מייצר חזקות פי 100 מיליארד ממכשיר רנטגן בבית חולים. החוקרים בחנו את האצה בשלושה קווי-קרן (beamlines) בסינכרוטרון, ולאחר מכן ביצעו אינטגרציה של הממצאים.
רבים ממחקריו של פרופ’ פוקרוי בשנים האחרונות עוסקים בביומינרליזציה – תהליך שבו יצורים חיים יוצרים מינרלים. באמצעות ביומינרליזציה מבוקרת יוצרים בעלי חיים אלה מבנים מורכבים המשמשים אותם לצורכיהם. המחקר הנוכחי מתמקד בביומינרליזציה של הקלציט באצה.
קלציט, שהוא גירסה יציבה מאוד של סידן פחמתי, הוא מרכיב נפוץ מאוד בחלקי השלד של יצורי ים רבים והוא מעניק להם את קשיותם. האדם יודע לייצר קלציט מלאכותי, אולם הקלציט המיוצר בטבע מאופייין בצורות מורכבות וייחודיות המקנות לו עמידות גבוהה ותכונות ייחודיות אחרות. במחקר קודם הראה פוקרוי כי תצורות כאלה נוצרות במעבר מפאזה אמורפית לפאזה הגבישית. כך למשל בונה נחשון הים את השלד שלו. בניית הגבישים דרך השלב האמורפי מאפשר את הטמעתם של חלקיקי מגנזיום ננומטריים רבים בקלציט, וכך נוצר קלציט מועשר במגנזיום.
נופר ביאנקו-שטיין
במחקר הנוכחי גילה פרופ’ פוקרוי כי שלד האצה האדומה Jania sp מכיל גם הוא קלציט מועשר במגנזיום, וגם כאן מדובר בהיווצרות העוברת בשלב אמורפי. בתהליך זה נוצר מרקם נקבובי מאוד; למעשה, מבחינה נפחית מכילה אצה זו יותר אוויר מאשר חומר מוצק – נפח הנקבוביות שלה תופס כ-64% מנפחה הכולל.
ממצא חשוב לא פחות הוא אופיין הסלילי של נקבוביות אלה – מאפיין ייחודי המעניק לאצה את אותו שילוב נדיר בין גמישות ועמידות. “צורה סלילית זו,” אומר פרופ’ פוקרוי, “מגדילה בכ-20% את עמידותה של האצה בכוחות כפיפה. אנחנו מקווים כי על סמך הממצאים האלו יפותחו שיטות חדשניות לייצור חומרים מלאכותיים עם מאפיינים דומים – נקבוביות סליליות – שיהיו קלים, גמישים וחזקים כמו השלד של Jania sp, שהתפתח במאות מיליוני שנות אבולוציה.”
פרופ’ בועז פוקרוי הוא חבר בוועדה המדעית של ESUO – הארגון האירופי של משתמשי סינכרוטרון – והוא מדגיש כי המחקר הנוכחי נשען על שיתוף פעולה רב שנים עם הסינכרוטרון בגרנובל.
במחקר תמכה נציבות המחקר האירופית במענק ERC – תוכנית המסגרת השביעית FP/2013–2018.
את המאמר שהתפרסם בכתב העת ACS Applied Materials & Interfaces הובילו ראש המעבדה לחקר הסרטן והקנבינואידים בפקולטה לביולוגיה בטכניון פרופ’ דדי מאירי וד”ר דן לויטוס מהמחלקה להנדסת פלסטיקה בשנקר.
בשנים האחרונות מרחיבות מדינות רבות את ההיתר לשימוש בקנביס בטיפול במגוון מצבים רפואיים ובהם כאב כרוני, כאב הנלווה לסרטן, סחרחורת והקאות כתוצאה מכימותרפיה, ספסטיות (קישיון שרירים) בחולי טרשת נפוצה, פרקינסון, הפרעה פוסט-טראומטית ואפילפסיה.
כיום נצרך הקנביס הרפואי בכמה דרכים אופציונליות: שאיפה של אדים, עישון של החומר או בליעה. אחד החסרונות של דרכי צריכה אלה הוא שהחומר כולו נכנס לגוף תוך זמן קצר ולכן השפעתו קצרת טווח – הוא משפיע לשעות ספורות בלבד. חיסרון נוסף הוא שהתפרקות החומר בגוף תלויה בגורמים שונים ובהם סוג המזון שצרך המטופל לפני הקנביס.
פרופ’ דדי מאירי
חוקרי הטכניון ושנקר פיתחו פלטפורמה חדשנית לשחרור איטי ומבוקר של CBD בגוף. מדובר בכדורים פולימריים זעירים המשמשים “מחסניות” המוטענות בחומר ומשחררות אותו בהדרגה בגוף במשך זמן רב – שבועיים ואף יותר. התוצאה היא השפעה ארוכת טווח של החומר בפעילות הרצויה (שיכוך כאב וכיו”ב). טכנולוגיית הייצור של פלטפורמה זו מאפשרת ליצרן לקבוע את התכונות הקינטיות ואת דפוסי ההתפרקות של אותם כדורים, וכך להשפיע על קצב הפריקה העתידי של הקנביס בגוף.
ראוי לציין כי כיום קיימות מחסניות כאלה בטיפול בקנביס, אולם הן מתאימות למולקולות קנביס ספציפיות ולכן השפעתן הרפואית מוגבלת. לדברי פרופ’ מאירי, “במחקרים קודמים גילינו שבטיפול באפילפסיה, מיצויי קנביס עשירים ב-CBD יעילים, מבחינה תרפויטית, הרבה יותר ממיצוי של מולקולות ספציפיות. במילים אחרות, יש כאן שלם הגדול מסכום חלקיו. לכן פיתחנו פלטפורמה שמאפשרת להטעין את המחסניות במיצוי של מכלול הצמח, וכך מאפשרת להשיג אפקט תרפויטי מוגבר.”
יעילותה של הטכנולוגיה החדשה הודגמה בניסויים שנערכו בעכברים – הטיפול באמצעות המחסניות שפיתחו פרופ’ מאירי וד”ר לויטוס הגדיל את שיעור ההישרדות של העכברים ב-50%.
במחקר תמכו רשות החדשנות ומשרד החקלאות ופיתוח הכפר.
בשנים האחרונות חלה במדינות המערב עלייה משמעותית בשיעור האנשים הסובלים מהשמנת יתר (Obesity) וממחלות מעיים, הפוגעות בבריאות האדם ומסכנות את חייו. תופעות אלה נובעות במידה רבה מאורח החיים המערבי, המאופיין במיעוט פעילות גופנית ובצריכה רבה של מזון מעובד עתיר סוכר ומלח.
אחת הדרכים לשיפור אורח החיים האמור הוא חינוך, וזה הרקע ל”משחקי המזון” (Games of Food) – פרויקט אירופי חדשני שמובילה פרופ’ מירי ברק מהפקולטה לחינוך למדע וטכנולוגיה בטכניון. הפרויקט נערך בתמיכת EIT-Food, המכון האירופי לחדשנות וטכנולוגיה בתחום המזון, שמפעיל האיחוד האירופי.
לדברי פרופ’ ברק, “המשחק הוא כלי חינוכי חשוב המשמש את האנושות משחר ההיסטוריה, וכאן בחרנו במשחק בריחה – ז’אנר פופולרי מאוד. משחקי בריחה הם חוויה לימודית המאורגנת מסביב לסיפור מסגרת מעניין, והמשתתפים הם חלק בלתי נפרד מהתפתחות העלילה.”
שני משחקי הבריחה שפותחו במסגרת היוזמה הם “מתקפת הזומבים” ו”משימת תזונה בחלל”. המשחק הראשון, המתאר עתיד אפוקליפטי שבו זומבים השתלטו על העולם, דורש מהמשתתפים לפתור חידות הקשורות בתזונה בריאה. המשחק השני, שבו חיה האנושות בחללית ענקית, מצריך גם הוא חשיפה של מידע הקשור לתזונה מאוזנת: מיון סוגי מזון לקבוצות, חישוב ערך קלורי, זיהוי מאכלים מזינים, תכנון ארוחה מאוזנת ועוד.
כדי לבחון את יעילותם בתרבויות שונות נערכו “משחקי המזון” בהשתתפות צעירים מישראל, מאנגליה, מפולין, מפינלנד ומבלגיה. המשתתפים ציינו שהם נהנו מאוד מהחוויה הרב-חושית ומעבודת הצוות בתהליך פתרון החידות וכי למדו עובדות חשובות מאוד הנוגעות לתזונה בריאה, כמו גם לצמצום הנזקים לסביבה.
בפרויקט שותפים חוקרים מאוניברסיטת רידינג, מאוניברסיטת ורשה, מאוניברסיטת הלסינקי, מהמועצה האירופית למידע על מזון בבלגיה ומהמרכז לחקר המזון (VTT) בפינלנד. את מעורבותו של הטכניון בפרויקט הבין-לאומי יזם פרופ’ יואב ליבני מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון. את הפרויקט מלווה מחקר אמפירי בהובלת טל יכין, במסגרת עבודת הדוקטורט שלה בהנחיית פרופ’ ברק.
למידע נוסף על הפרויקט, המשחקים וחווית הלמידה של המשתתפים – לחצו כאן.
דוקטורנט בטכניון פיתח פולימר רך, גמיש ועמיד למים, שיודע לרפא את עצמו במקרה של “פציעות” כגון שריטה, חיתוך ופיתול. הדוקטורנט, מוחמד ח’טיב, השתמש בפולימר החדש לפיתוח פלטפורמות חישה מתקדמות המנטרות טמפרטורה, לחץ ורמת חומציות ועשויות להתאים למגוון יישומים בתחומים של רובוטיקה, פרוטזות והתקנים לבישים. הפלטפורמה החדשנית יודעת לתקן את עצמה לא רק ברמה המכנית – תיקון החתך ביריעת הפולימר – אלא גם בהיבטים פיזיקליים וכימיים כגון הולכת חשמל וחישה כימית.
במשך מיליוני שנות אבולוציה התפתח עורם של היונקים לכדי פלטפורמת חישה המאופיינת מצד אחד ברגישות גבוהה לגירויים סביבתיים ומצד שני בעמידות רבה לתנאים עוינים ובהם לחות, מליחות, חום, מתיחה וקיפול. בהשראת העור הטבעי מושקעים מאמצים רבים בפיתוחם של חומרים והתקנים אלקטרוניים מלאכותיים בעלי תכונות דומות, וזאת בגלל הפוטנציאל היישומי העצום שלהם בתחומים כגון רובוטיקה רכה וממשקי אדם-מכונה.
מערכות כאלה מצריכות פיתוח של חומרים רכים שתפקודם אינם נפגע כתוצאה מעיוותים וחתכים. הבעיה היא שחומרים רכים נוטים להיפגע, גם מבחינה תפקודית, לאורך זמן. מכאן נובעת המוטיבציה המחקרית לפיתוחם של חומרים חדשים ושל מערכות חדשות שיודעים לרפא את עצמם, ממש כמו עור האדם לאחר פציעה.
הפרויקט הראשון של ח’טיב, המוצג בכתב העת Advanced Functional Materials, מתאר את התכנון, הבנייה והיישום של אלסטומר – פולימר גמיש ובר מתיחה – בעל תכונות ייחודיות. האלסטומר החדש הוא חומר הידרופובי (דוחה מים) חזק וגמיש מאוד, שיכול להימתח ל-1,000% מאורכו הראשוני בלי להיקרע. אחת מתכונותיו הייחודיות היא האיחוי העצמי – יכולת הנשמרת גם כשהוא מושרה במי ברז, במי ים ובמים עם ערכי חומציות שונות. לאלסטומר זה פוטנציאל יישומי רב בפיתוח התקנים אלקטרוניים רכים ודינמיים הבאים במגע עם מים. במקרה שהפגיעה המכנית בפולימר מתרחשת כשהוא טבול במים, הוא יודע לתקן את עצמו ולמנוע זרמי זליגה, כלומר אובדן זרם מההתקן למים.
פרופ’ חוסאם חאיק
ח’טיב ניצל את התכונות המבטיחות של הפולימר החדש לפיתוחו של עור אלקטרוני מלאכותי – פרויקט שהוא מציג בכתב העת Advanced Materials. במבנה זהו משולבות תכונות ויכולות רבות ובהן חישה סלקטיבית, עמידות למים, ניטור עצמי ותיקון עצמי. העור המלאכותי מכיל מערך חישה המורכב מחומרים ננומטריים ומנטר בצורה סלקטיבית ובו-זמנית משתנים סביבתיים שונים ובהם לחץ, טמפרטורה וחומציות. לבסוף, בהשראת ריפוי הפצעים בעור האדם, שילב ח’טיב בעור המלאכותי מערכת חדשנית לריפוי עצמי אוטונומי. מערכת זאת מורכבת מרכיבים דמויי-נוירונים, המנטרים נזקים בחלקים האלקטרוניים במערכת, ומרכיבים אחרים המזרזים את הריפוי העצמי במקומות הפגועים. מנגנון זה של תיקון עצמי יאפשר למערכות אלקטרוניות חכמות לבצע ניטור-עצמי של פעילותן ולתקן תקלות תפקודיות הנגרמות מנזקים מכניים.
לדברי ח’טיב, “פלטפורמת החישה החדשה היא מערכת אוניברסלית המפגינה תפקוד יציב בסביבה יבשה או מימית, והיא יכולה להכיל סוגים נוספים של חיישנים כימיים ופיזיקליים (חשמליים). שני הפרויקטים שפרסמנו סוללים דרכים חדשות ואסטרטגיות חדשות לפיתוח אלקטרוניקה בהשראת העור, שתוכל להשתלב בהתקנים לבישים ובהתקני עור אלקטרוני בהקשרים כגון רובוטים מתקדמים ואיברים מלאכותיים.”
במחקר שותפים מנהל המעבדה ולאא סליבא, החוקר אור זוהר שעבד על פיתוח החיישנים ואפיונם ופרופ’ שמחה סרבניק שעבדה על סימולציות מולקולריות המדגימות את יכולותיו של הפולימר החדש.
המחקר נערך בתמיכת קרן ביל ומלינדה גייטס ובסיוע מענק לפרויקט A-Patch (במסגרת תוכנית Horizon 2020).
על החוקרים:
מוחמד ח’טיב השלים בטכניון תואר ראשון בהנדסה ביוכימית והמשיך לדוקטורט במסלול מיוחד שבו הוא התמחה בפיתוח חומרים והתקני חישה מתקדמים המדמים עור. בשבועות הקרובים הוא יסיים את הדוקטורט בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון, ובכוונתו לעבור בקרוב לאוניברסיטת סטנפורד לפוסט-דוקטורט.
מנהל קבוצת המחקר פרופ’ חוסאםחאיק, 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.
משמאל לימין: איחוי עצמי של חתך ביריעת האלסטומר במהלך 24 שעות.
את הפיתוח מוביל ד”ר יואכים בהר, ראש המעבדה לבינה מלאכותית ברפואה (AIMLab), עם ד”ר דני איתן, רופא בכיר בטיפול נמרץ ילדים ומרצה בכיר בטכניון וד”ר רונית אלמוג, מנהלת היחידה לאפידמיולוגיה והביובנק של המרכז הרפואי רמב”ם.
ד”ר יואכים בהר
הטכנולוגיה החדשנית תסייע באיתור חולי קורונה שמחלתם טרם אומתה, וזאת על סמך עיבוד ממוחשב של נתונים המצביעים על מחסור בחמצן בדם (היפוקסמיה) – מצב המאפיין רבים מחולי הקורונה. בנוסף, הפיתוח עשוי לסייע באיתור מצבים מסוכנים של דלקת ריאות בקרב חולי קורונה מאושפזים – סיבוך שכיח בקרב חולים אלה. זאת על סמך ניתוח ממוחשב של המידע המתקבל באופן רציף ממדידות רמת החמצן ומהמדדים העקיפים המעידים על הדלקת.
צוות החוקרים פיתח ארגז כלים לניטור ולניתוח של סמני אוקסימטריה – סמנים פיזיולוגיים המעידים על רמת החמצן בדם. רמת החמצן, או בשמה המקצועי “ריווי חמצן” (Oxygen saturation), היא משתנה המעיד על שורה של תפקודים גופניים חשובים. במקרים קיצוניים, מחסור בחמצן (היפוקסמיה) עלול להוביל לנמק ואף למוות.
כיום, בעקבות ההתפתחות הטכנולוגית בעולם הניטור הרפואי, רמת החמצן בדם נמדדת לא רק באמצעות ציוד מקצועי בבתי חולים אלא גם במכשירים ביתיים, ניידים וזולים. כדי להסיק מסקנות מדויקות ממכשירים אלה נדרש ניתוח חכם של רצף הנתונים שהם מספקים. כאן נכנס לתמונה ארגז הכלים
ג’רמי לוי
שפיתחו ד”ר יואכים בהר והמסטרנט ג’רמי לוי. ארגז כלים חדשני זה מספק מידע על רמת החמצן בדמם של נבדקים, והמידע מתבטא כספרייה של סמני אוקסימטריה דיגיטליים המוצגים בתוכנת .PhysioZoo התוכנה פותחה עם פרופ’ יעל יניב, גם היא חברת סגל בפקולטה, והחוקרים מציינים את התמיכה ההנדסית של אלכסנדרה אלכסנדרוביץ’, שניר לוגסי ואביב רוזנברג בתהליך הפיתוח.
ד”ר יואכים בהר השלים מאסטר בהנדסה ב- Ecole des Mines de Saint-Étienne בצרפת ותואר שלישי בעיבוד אותות ביולוגיים ובלמידה חישובית באוניברסיטת אוקספורד בבריטניה. לאחר השלמת הדוקטורט הוא עלה לישראל ועשה פוסט-דוקטורט בהנחיית פרופ’ יעל יניב מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון. כיום הוא עומד בראש המעבדה לבינה מלאכותית ברפואה בפקולטה. המעבדה עוסקת בבינה מלאכותית ברפואה ומתמקדת במידע המנוטר באופן רציף באמצעות התקנים ניידים ולבישים.
בתרשים:דוגמה לשימוש סטנדרטי בסמני אוקסימטריה בתחום רפואת השינה.
מומחים מובילים מהטכניון ומגרמניה משיבים בשלילה: סוללות הליתיום יישארו כאן עוד שנים רבות – לצידן של טכנולוגיות חדשות לאחסון חשמל
סוללות הליתיום לסוגיהן יישארו איתנו עוד שנים רבות – כך קובעת קבוצת מומחים מובילים מישראל ומגרמניה, שדנה בנושא בכנס שנערך בברלין. הממצאים התפרסמו לאחרונה בכתב העת
פרופ’ יאיר עין-אלי
Advanced Energy Materials במאמר בהובלת פרופ’ יאיר עין-אלי, דיקן הפקולטה למדע והנדסה של חומרים ושותפיו העיקריים מהאוניברסיטה העברית, ממכון הלמהולץ ב-Ulm וממכון האנרגיה ב- Jülich בגרמניה.
ליתיום הוא המתכת הקלה ביותר והפעילה ביותר בטבלה המחזורית של היסודות, וסימולה הכימי הוא Li. לראשונה שימשה מתכת זו באגירת חשמל בשנת 1970, עם פיתוחה של סוללת הליתיום הראשונה בחברת אקסון. מאז חלו בטכנולוגיה זו שינויים רבים ובהם סוללת הליתיום-יון שפותחה ב-1993. טכנולוגיה זו, המבוססת על שילוב של ליתיום יון במטריצות חומרים מארחות, זיכתה את ממציאיה בפרס נובל בכימיה לשנת 2019.
בעשור האחרון נשמעו בקרב מומחים מתחום הסוללות דיבורים על תום עידן סוללות הליתיום ועל “עידן פוסט-ליתיומי” הקרב ובא. קבוצת המומחים הישראלית-גרמנית מראה במאמר החדש כי השמועות על מותן של סוללות הליתיום היו מוקדמות מדי.
לדברי פרופ’ עין-אלי, “המאמר שלנו מבוסס על מפגש של טובי המומחים בתחום, שהתקיים בברלין בשנה שעברה במשך חמישה ימים במסגרת GIBS4 – בית הספר הגרמני-ישראלי בתחום הסוללות. בהקשר של השאלה הנדונה, התשובה שעלתה מהכנס ברורה – סוללות הליתיום לסוגיהן יישארו איתנו עוד שנים רבות. עם זאת, הן ישגשגו לצידן של טכנולוגיות אחסון אחרות, ולכן אנחנו מציעים לדבר במונחים של ‘טכנולוגיות משלימות’ ושל עתיד מולטי-טכנולוגי ולא ‘פוסט ליתיומי’. זהו עתיד מורכב שחשוב להיערך לקראתו, כדי שנצליח לספק את הפתרונות האופטימליים לצרכים השונים – מכוניות חשמליות, אחסון חשמל ברמת הבית וברמה הלאומית וכן הלאה.”
במפגש בגרמניה ובפרסום המאמר תמכו המשרד לחינוך ולמחקר (BMBF) בגרמניה, מכון הלמהולץ, משרד המדע והטכנולוגיה הישראלי, ות”ת-מל”ג, משרד ראש הממשלה (באמצעות תוכנית מלא”ך) ותוכנית האנרגיה ע”ש גרנד בטכניון.
מאמר שהתפרסם בכתב העת Nature מציג מערכת מיקרוסקופייה חדשנית המחוללת אינטראקציה חסרת תקדים בעוצמתה בין אור לחומר. המערכת, שנבנתה בטכניון באמצעות שילוב ושכלול של מוצרים מעולם המיקרוסקופייה והלייזר, היא הטובה בעולם בשילוב של רזולוציה בזמן, במרחב ובתדר.
את המחקר הוביל ד”ר עדו קמינר, ראש המעבדה לדינמיקה קוונטית של אלומות אלקטרונים ע”ש רוברט ורות מגיד וחבר סגל בפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי ובמכון למצב מוצק. ד”ר קמינר הוא גם חבר במכון לננוטכנולוגיה ע”ש ראסל ברי (RBNI) ובמרכז הקוונטום ע”ש הלן דילר. המחקר נערך בשיתוף פעולה בין הפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי והפקולטה למדע והנדסה של חומרים.
במאמר שותפים ד”ר קנפגנג וואנג, רפאל דהן, מיכאל שנציס, ד”ר ירון קאופמן, אורי ריינהרדט, עדי בן-חיון ושי צסס.
קבוצת המחקר של ד”ר עדו קמינר בטכניון (עדו משמאל). התמונה צולמה לפני תקופת הקורונה
המערכת האמורה, שנבנתה בתמיכה משמעותית של הטכניון ושל כמה מחוקריו המובילים, מאפשרת מיפוי חסר תקדים של התנהגות האור הלכוד במבנים ננומטריים כגון גביש פוטוני – מבנה ננומטרי שמאפייניו מכתיבים את התנהגות האור בתוכו.
התפתחויות מדעיות וטכנולוגיות הובילו לשיפור דרמטי באיכותם ובתכונותיהם של גבישים פוטוניים, והן מאפשרות אפילו ללכוד את האור בתוכם לזמן מה. לדברי ד”ר קמינר, “זו לא הפעם הראשונה שגבישים פוטוניים או מבנים ננו-פוטוניים אחרים לוכדים אור, אבל זאת תצפית ניסויית ישירה ראשונה באור הנלכד בהם. במערכת החדשה הצלחנו להדגים לראשונה תצפית כזו באמצעים קוונטיים חדשים. זהו ההישג העיקרי במחקר הנוכחי, והסיבה לפרסומו ב-Nature.”
האינטראקציה בין חומר לאור, ובפרט בין אלקטרון ופוטון, היא תופעה מרתקת המעסיקה קבוצות מחקר רבות בעולם, במיוחד כאשר האור לכוד במבנים רזונטיביים. אלה הם מבנים המסוגלים ללכוד את האור לפרק זמן ממושך. אפשר להמשיל זאת לשתי מראות המוצבות זו מול זו והאור מוחזר ביניהן שוב ושוב, אולם במבנים רזונטיביים ננומטריים התנהגות האור שונה מאוד, והאינטראקציות במבנים אלה חיוניות בפיתוח יישומים חדשניים ובהם מחשבים קוונטיים.
אלקטרונים, במצבם השכיח, אינם חופשיים. הם קשורים לאטומים, למולקולות ולישויות הקרויות “נקודות קוונטיות”, וקשר זה מגביל אותם בהיבטים רבים. בשנים האחרונות הוצגו סימולציות רבות המציגות מפגשים בין אור לאלקטרונים חופשיים שאינם חווים את אותן מגבלות, אולם הן לא מומשו ברמה הניסויית בשל קשיים טכנולוגיים מורכבים. כעת, באמצעות המערכת שנבנתה בטכניון, נערכה לראשונהתצפית ניסויית ישירה באינטראקציה בין אלקטרון חופשי לפוטון לכוד. כך התאפשרה גם מדידה ישירה של משך החיים של הפוטונים הלכודים.
החוקרים הצליחו לצפות באור בזמן שהוא לכוד בגביש ולמפות את האינטראקציה בינו לבין אלקטרון המשוגר לעברו. האלקטרון האמור משמש ככלי לצילום ומיפוי האור ברזולוציה מעולה, וזאת בזכות האינטראקציה הקוונטית שלו ברמת הפוטון הבודד.
המערכת שבנה ד”ר קמינר בטכניון מבוססת על מיקרוסקופ אלקטרונים – מכשיר המשגר אל הדגם הנבדק אלומת אלקטרונים ממוקדת ובוחן את התפזרותם של האלקטרונים. במידה מסוימת דומה מיקרוסקופ האלקטרונים למיקרוסקופ אופטי, רק שכאן לא נשלחת אל הדגם אלומת אור אלא אלומת אלקטרונים, ומיקוד האלומה אינו מבוסס על עדשות אופטיות אלא על עדשות אלקטרומגנטיות (סלילים). יתרונו העיקרי של מיקרוסקופ האלקטרונים על פני מיקרוסקופים אופטיים הוא בכושר ההפרדה (רזולוציה) הגבוה שלו. לעומת מיקרוסקופ אופטי, המוגבל להפרדה של כ-200 ננומטר, מיקרוסקופ האלקטרונים מסוגל להשיג הפרדה שמתחת לאנגסטרום (עשירית הננומטר). הסיבה להבדל היא העובדה שאורך הגל של האלקטרון קצר הרבה יותר מאורך הגל של האור.
“מיקרוסקופ האלקטרונים הסטנדרטי כבר מספק לנו רזולוציה חסרת תקדים,” מסביר ד”ר קמינר, “אבל יש לו גם כמה מגבלות קריטיות: הוא מייצר רק תמונות סטטיות, ללא רצף זמן מתמשך וללא צבעוניות.” המערכת החדשה שנבנתה בטכניון משלבת במיקרוסקופ האלקטרונים הבזקי לייזר מהירים וחזקים המספקים את שני האלמנטים החסרים – דינמיות וצבעוניות. מערכת זו מאפשרת כאמור גם מדידה ישירה של משך החיים של הפוטונים הלכודים.
ד”ר קמינר החל לתכנן את המערכת החדשנית עוד לפני שובו לטכניון, במידה רבה בהשראתם של שני חוקרים חשובים שעסקו באינטראקציות אור חומר: פרופ’ פבריציו קרבונה מ-EPFL (המכון הטכנולוגי של לוזאן), שבמעבדתו שהה ד”ר קמינר בתום הפוסט-דוקטורט שלו ב-MIT. ב-EPFL ערך פרופ’ קרבונה כמה הדגמות חלוציות של השילוב בין מיקרוסקופ אלקטרונים להבזקי לייזר, ויחד עם ד”ר קמינר הדגים שם לראשונה צביעה של תמונות מיקרוסקופ באמצעות צימוד של מקור לייזר חיצוני.
החוקר השני היה פרופ’ אחמד זֶווֵיל המנוח – המדען המצרי הראשון שזכה בפרס נובל במדעים (כימיה, 1999). זוויל פיתח בשנות חייו האחרונות שיטה חדשנית המשלבת מיקרוסקופיית אלקטרונים וקרינת לייזר; הוא הראה שבאמצעות הבזקי לייזר קצרים ומהירים אפשר לאפיין את הרכב החומר ואת השינויים החלים בו בזמן אינטראקציה כימית או אופטית, וזאת ברזולוציות חסרות תקדים.
כעת, במעבדתו החדשה בטכניון, לקח ד”ר קמינר את מערכת הניסוי החדשנית הזאת לעולם הפיזיקה הקוונטית. הוא מדגיש את תרומתו העצומה של מהנדס המעבדה רפאל דהן, שהוביל את הקמת מערכת המיקרוסקופייה החדשנית במרכז למיקרוסקופיית אלקטרונים בפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון.
מעבר להישג המדעי העצום, החשוב כשלעצמו, סולל המאמר דרכים ליישומיים חדשים בהתקני חישה קוונטיים, בטיפול במידע קוונטי, בצימוד חזק של אור וחומר ובפעולות אלקטרו-אופטו-מכניות באור לכוד. להערכת הדוקטורנט שי צסס השותף במאמר “יש כאן פוטנציאל ליצירת הרכבים חדשים של תכונות אלקטרוניות, אופטיות ומכניות, ולכן אנחנו מדברים על ‘אלקטרו-אופטו-מכניקה’ חדשה.”
לדברי ד”ר קמינר, “יש כאן פוטנציאל לקפיצת מדרגה ביכולתנו להחיל מיקרוסקופיית אלקטרונים על חומרים רכים וחומרים רגישים אחרים. האתגר הבא הוא להגדיל את יעילות האינטראקציה לרמות שיאפשרו יצירת מצבים קוונטיים חדשים וייחודיים.”
ד”ר עדו קמינר השלים תואר ראשון בהנדסת חשמל ובפיזיקה בטכניון במסגרת תוכנית העתודה פסגות ותוכנית רוטשילד טכניון למצוינים. לאחר מכן השלים תואר שני ודוקטורט בהנחיית פרופ’-מחקר מוטי שגב מהפקולטה לפיזיקה. עם שחרורו יצא לפוסט-דוקטורט ב-MIT, בהנחיית פרופ’ מרין סולייצ’יץ’ ופרופ’ ג’ון ג’ואנופולוס, בתמיכת מלגת מארי קירי, מלגת רוטשילד, ומלגת MIT-טכניון.
ב-2018 הוא הצטרף לסגל הפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי.
במהלך השנים זכה ד”ר קמינר בפרסים ומענקים רבים ובהם פרס האגודה הישראלית לפיזיקה לסטודנטים לתארים מתקדמים, פרס התזה המצטיינת לדוקטורט מטעם האגודה האמריקאית לפיזיקה, עמית עזריאלי ומענק ERC מטעם המועצה האירופית למחקר.
ד”ר קנגפנג וואנג, שהוביל את המחקר כפוסט-דוקטורנט בטכניון, הוא זוכה מלגת קרן ליידי דייויס. המחקר נתמך גם על ידי האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים, שגם העניקה את מלגת אדמס לשי צסס, ועל ידי מלגה מקרן עזריאלי לחברי סגל לד”ר עדו קמינר. תרומתם הנדיבה של בוב ורות מגיד אפשרה את הקמת המעבדה ואת כל הניסויים שנערכו במסגרת המחקר הנדון כאן.
סטודנטים בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל בטכניון ערכו טיסת ניסוי ראשונה ב-A3TB – פלטפורמה לטיסות ניסוי, שתשמש לפיתוח של כלי טיס עתידיים תוך התייחסות מיוחדת לגמישות המבנה. הטיסה נערכה כחודשיים לאחר שהפרויקט זכה בתחרות פרויקטי הסטודנטים ע”ש שלומית גליא, שהתקיימה במסגרת הכנס הישראלי השנתי ה-60 למדעי התעופה והחלל.
פרופ’ דניאלה רווה (משמאל) עם הסטודנטים. קרדיט צילום:אסף הבר
פיתוחם של כלי טיס מודרניים מציב אתגרים רבים, ובהם האתגר הכלכלי-סביבתי של צמצום צריכת הדלק והפחתת הזיהום. אחד הפתרונות לכך הוא מטוס קל עם מוטת כנפיים גדולה, אולם פתרון זה אינו פשוט ליישום. הארכת הכנפיים מובילה להגדלת גמישותן, המתבטאת ברעידות מבניות ולעתים אף באובדן יציבות.
פיתוחם של פתרונות הנדסיים, בעיקר אמצעי בקרה, מחייב מו”פ מולטידיסיפלינרי מורכב המשלב פיתוח מודלים מתמטיים ונומריים, סימולציות ניסוי מעבדתיות, וכן טיסות ניסוי החיוניות להוכחת ביצועים. בטיסות כאלה יש להביא בחשבון אפשרות להתרסקות של פלטפורמת הניסוי.
המטוס המודפס באויר
זה הרקע לצורך בפלטפורמות ניסוי זולות, ש”הקרבתן” לצורך הניסוי אינה כרוכה בעלויות גבוהות.
פלטפורמת A3TB, המאפשרת לתכנן ולייצר במהירות גבוהה ובעלות נמוכה מטוס ניסוי, מהווה אפוא פריצת דרך בפיתוח פלטפורמה גמישת-כנפיים המבוססת על יצור בהדפסת תלת-ממד.
בשנתיים האחרונות עובדת קבוצת סטודנטים בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל על פיתוחו של מדגים אווירואלסטי כזה – כלי טיס קל שכנפיו ארוכות וגמישות מאוד, והטסתו בפועל מאפשרת לבחון את ביצועיו וכן לפתח מערכות בקרה ייעודיות המשפרות את יציבותו.
פלטפורמת A3TB [Active Aeroelastic Aircraft Testbed], שמשקלה 10 קילוגרם ומוטת כנפיה שלושה מטרים, תוכננה על ידי שתי קבוצות סטודנטים בפקולטה בהנחייתן של ד”ר לוסי אדרעי אזולאי ופרופ’ דניאלה רווה ובשיתוף מפא”ת – המינהל למחקר פיתוח אמל”ח ותשתית טכנולוגית במשרד הביטחון. בניסוי טיסה ראשון שהתקיים לאחרונה הוצגה הוכחת יכולת ההטסה של הפלטפורמה. טיסה זו מהווה אבן דרך חשובה בתהליך פיתוחה המתמשך של הפלטפורמה.
המטוס המודפס בשלב ההמראה
לדברי פרופ’ דניאלה רווה, “הטיסה המוצלחת מסמנת את תחילתה של תוכנית רחבה של מחקר, ניסוי ופיתוח. הקונספט שפיתחנו, והאפשרות להדפיס את הכלי כולו במהירות במדפסת תלת-ממד, מקנים לנו חופש ניכר בתכנון המטוס ויתרון עצום במחיר לעומת מטוסים העשויים מחומרים מרוכבים או ממתכות. מאחר שמדובר במטוס ניסוי, הצפוי להתרסק בשלב מסוים, המאפיינים האלה מאפשרים לבצע מקצי שיפורים רבים ללא צורך בהשקעה חריגה. כעת עובדת הקבוצה על פיתוח מערכת בקרה אוטומטית, שתורכב בחודשים הקרובים על הדור השני של הכלי, A3TB-G2, ואנחנו מקווים לדווח על עוד תוצאות מעניינות בעתיד הקרוב.”
פרופ’ דניאלה רווה השלימה את כל תאריה בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל בטכניון, והיא מומחית בעלת שם בחקר תופעות אווירואלסטיות. פיתוח הכלי יהווה מדגים שישמש את פרופ’ רווה להמשך פעילות המחקר ולהרחבתה.
ד”ר לוסי אדרעי-אזולאי, בוגרת (תואר ראשון ושני) הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון ומרצה מן החוץ בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל, עוסקת כבר יותר מ-20 שנה במו”פ יישומי בתעשייה בתחומים שונים: הדפסת תלת-ממד, תעופה אזרחית וצבאית, חוזק מבנים וטכנולוגיות מתקדמות.
