קטגוריה: Uncategorized

חיבור בין שתי קבוצות מחקר מובילות בטכניון הוליד תחום מדעי חדש: מטא-חומרים קוואנטיים. המחקר המהווה פריצת דרך בכל הקשור לניסויים באינפורמציה קוואנטית התפרסם היום בכתב העת היוקרתי Science

מחקר משותף של ראש המכון למצב מוצק פרופ’-מחקר מוטי שגב מהפקולטה לפיזיקה ופרופ’ ארז חסמן מהפקולטה להנדסת מכונות הוליד תחום מדעי חדש: מטא-חומרים קוואנטיים. הממצאים פורסמו היום (13 בספטמבר 2018) במאמר משותף של החוקרים בכתב העת היוקרתי Science. במחקר השתתפו הסטודנטים תומר סתיו ודקלה אורן ממעבדתו של פרופ’-מחקר שגב, ד”ר ולדימיר קליינר והסטודנטים ארקדי פאירמן ואלחנן מגיד ממעבדתו של פרופ’ חסמן.

המחקר מדגים לראשונה את האפשרות ליישם מטא-משטחים בתחום המידע הקוואנטי והמחשוב הקוואנטי וסולל דרך ליישומים רבים ובהם הצפנה חסינה לגמרי. מחקר זה פותח אפשרות לשיתופי פעולה בין-תחומיים ולפיתוח מערכות של מידע קוואנטי על שבב.

מטא-חומרים הם מבנים ננומטריים מהונדסים שאינם קיימים בטבע, ואחת הקטגוריות הייחודיות שלהם היא קבוצת המטא-משטחים (Meta-Surfaces). אלה מבנים מלאכותיים דקים מאוד, דו-ממדיים לצורך העניין, המיוצרים בטכנולוגיות חדשניות ומטרתם לקיים אינטראקציות ייחודיות עם האור. באמצעות אנטנות ננומטריות אופטיות הקטנות בהרבה מאורך הגל. הטכנולוגיה שפיתח פרופ’ חסמן במעבדתו מאפשרת את בנייתם של מטא-משטחים מבודדים מדויקים מאוד עשויים סיליקון שקוף, ללא מתכות, שאינם בולעים את האור.

המחקר האופטי במטא-משטחים עסק עד כה רק באור “רגיל” ממנורת שולחן או ממכשיר לייזר, כלומר באור קלאסי (גלים אלקטרומגנטיים). בעבודה הנוכחית הדגימו חוקרי הטכניון לראשונה בהיסטוריה שימוש במטא-משטחים באופטיקה קוואנטית (האור כזרם של חלקיקים קוואנטיים הנקראים פוטונים) ובמידע קוואנטי. החוקרים הדגימו שימוש במטא-משטחים ליצירת שזירה קוואנטית – המרכיב החיוני ביותר בתקשורת קוואנטית, במחשוב קוואנטי ובהצפנה קוואנטית.

“במחקר הזה הבאנו את תחום המטא-חומרים לעולם המידע הקוואנטי,” אומר פרופ’-מחקר שגב ממייסדי מרכז הקוואנטום למדע, חומרים והנדסה ע”ש הלן דילר. “אנו רותמים כאן לראשונה את התכונות הייחודיות של מטא-חומרים ליצירה של אור קוואנטי ולשליטה בו. כעת נוכל להנדס את התכונות הקוואנטיות של האור באמצעות תכנון, ייצור ושליטה בחומר שדרכו הוא עובר. למעשה נולד כאן תחום מדעי חדש שיאפשר מזעור משמעותי מאוד של מערכות אינפורמציה קוואנטיות ופיתוח מגוון של אפשרויות למניפולציה של האור הקוואנטי בדרכים שחומרים רגילים אינם מאפשרים. אם בעבר יצרנו מערכות כאלה על שולחנות גדולים, כעת נוכל לבנות אותן על צ’יפים זעירים בהם משולבים מטא-חומרים”

לדברי פרופ’ חסמן, “המרכיב העיקרי כאן הוא מטא-משטח מבודד היוצר את השזירה בין הפוטונים. המטא-משטח חייב להיות מיוצר מחומרים שקופים (סיליקון) שאינם מוליכים ואינם בולעים אור, ולכן אי אפשר לייצר אותו ממתכת. למעשה לקחנו משטח ועיוותנו אותו, כלומר גרמנו לו דפורמציה מרחבית, וכך נוצר שדה מגנטי אפקטיבי שיוצר את הקורלציה הנדרשת, כלומר את השזירה. זהו הישג ענק של שתי הקבוצות.”

החוקרים הדגימו את השימוש במטא-חומרים ליצירת שזירה (entanglement) – תופעה שבה שני חלקיקים (פוטונים במקרה זה) מתנהגים כתאומים פיזיקליים המשפיעים זה על זה גם כאשר המרחק ביניהם עצום. פעולה המבוצעת על פוטון אחד משפיעה באופן מיידי (ללא הפרש זמן) על הפוטון התאום. המכניקה הקוואנטית גורסת כי פוטונים מתקיימים במצבי ספין חיוביים ושליליים בעת ובעונה אחת, אבל ברגע שהם נמדדים הם מקבלים מצב אחד. האנלוגיה המפורסמת היא “החתול של שרדינגר”, שהציג חתן פרס נובל ארווינג שרדינגר- אנלוגיה שבה החתול חי ומת בעת ובעונה אחת עד לרגע פתיחת הקופסה שבה הוא נמצא.

המחקר הנוכחי מבוסס כאמור על שיתוף פעולה בין שתי מעבדות מהמובילות בטכניון. החוקרים האירו בקרן לייזר על גביש הלא לינארי כדי ליצור זוגות פוטונים המאופיינים באפס תנע זוויתי וכל אחד מאופיין בקיטוב לינארי אחר. כל קיטוב לינארי הוא סכום של קיטוב מעגלי ימני וקיטוב מעגלי שמאלי, התואמים ספין חיובי ושלילי. המערכת כיוונה את צמד הפוטונים למטא-משטח, והאינטראקציה בין האור לחומר יצרה שזירה של שני הפוטונים.

בניסוי הראשון פיצלו החוקרים את זוגות הפוטונים – אחד דרך המטא-משטח ואחד דרך הגלאי. לאחר מכן הם מדדו את הפוטון הבודד שעבר דרך המטא-משטח וגילו כי הוא אכן פיתח תנע זוויתי אורביטלי השזור עם הספין שלו. בניסוי השני, הועברו צמדי הפוטונים דרך המטא-משטח ונמדדו באמצעות שני גלאים. החוקרים גילו כי הספין של אחד הפוטונים בצמד נעשה שזור עם התנע הזוויתי האורביטלי של הפוטון השני, ולהיפך.

להתחרות עם קבוצות מחקר מכל העולם – ולנצח

לדברי הפרופסורים שגב וחסמן, “המחקר הנוכחי נולד מרעיון של שני סטודנטים שלנו לתואר שני – תומר סתיו וארקדי פאירמן. הם הגיעו אלינו עם רעיון חדשני ופורץ דרך שהוביל לכיוונים חדשים של מחקר ויישום, למשל מערכות של מידע קוואנטי על שבב ושליטה בתכונות קוואנטיות בצורות אשר הן לחלוטין בלתי אפשריות בחומרים רגילים. הצעירים האלה עשו עבודה נהדרת בלוח זמנים קצר. התחרינו מול קבוצות מחקר גדולות מאוד מכל העולם והצלחנו לנצח.”

שני הסטודנטים, עדיין לא בני 30, הם חברים ותיקים שהשלימו במקביל תואר ראשון בטכניון – תומר בתוכנית המצוינים של הפקולטה לפיזיקה וארקדי במגמת האופטיקה בפקולטה להנדסת מכונות. בתום התואר הראשון הם המשיכו לתואר שני במעבדותיהם של פרופ’-מחקר שגב ושל פרופ’ חסמן, בהתאמה. במהלך לימודיהם לתואר השני הגו וערכו את המחקר הנוכחי.

המחקר נערך במרכז הקוואנטום למדע, חומרים והנדסה ע”ש הלן דילר בטכניון. שתי קבוצות המחקר קשורות למכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה בטכניון (RBNI)  ולשני החוקרים פרסומים קודמים רבים ב-Science.

פרופ’-מחקר מוטי שגב, חתן פרס ישראל לחקר הכימיה וחקר הפיזיקה לשנת תשע”ד- 2014, הוא ראש הקתדרה ע”ש ד”ר בוב שילמן בפקולטה לפיזיקה וממייסדי מרכז הקוואנטום למדע, חומרים והנדסה ע”ש הלן דילר בטכניון. פרופ’-מחקר שגב הוא חבר האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים וחבר האקדמיה האמריקאית למדעים ולאמנויות.

פרופ’ ארז חסמן השלים דוקטורט במכון ויצמן ולאחר מכן עבד והוביל פיתוח במשך עשור בתעשייה האזרחית והביטחונית. ב-1998 התמנה לחבר סגל בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, הקים את המגמה להנדסה אופטית בפקולטה וכיום הוא עומד בראש המעבדה למיקרו וננואופטיקה וראש הקתדרה ע”ש שלזינגר. קבוצת המחקר שלו הניחה בשנת 2001 את היסודות לתחום המטא-משטחים האופטיים, הנחשב כיום לאחד התחומים החמים ביותר באופטיקה.

למאמר ב- Science לחצו כאן
לסרטון המסביר את המחקר

לאנימציה המדגימה את המחקר

הסבר: מצד ימין מגיע פוטון בודד בקיטוב לינארי (מיוצג בצהוב על ידי אמפליטודת השדה החשמלי), שהוא בעצם סופרפוזיציה של קיטובים מעגליים ימני ושמאלי וללא תנע זוויתי אורביטלי (מיוצג בצהוב על ידי חזית הפאזה השטוחה).

כאשר הוא מגיע למטא-משטח מתרחשת האינטראקטציה בין הספין (הקיטוב המעגלי) לתנע הזוויתי האורביטלי. כאשר הוא יוצא מהמטא-משטח אפשר לראות שהוא במצב שזור בין ספין חיובי (מיוצג באדום על ידי אמפליטודת השדה החשמלי) ותנע זוויתי אורביטלי נגד כיוון השעון (מיוצג באדום על ידי חזית הפאזה עםvortex ) לבין הספין השלילי (כחול) ותנע זוויתי אורביטלי עם כיוון השעון (כחול). קרדיט: Ella Maru studio

המרכז הבינלאומי בטכניון ציין את סיום המחזור השישי, שבו למדו סטודנטים מסין, מהודו, מארצות הברית וממקדוניה

במרכז הבינלאומי בטכניון (Technion International) הסתיים מחזור הלימודים השישי ובו 16 סטודנטים וסטודנטיות: 11 מסין, 3 מהודו, אחד מארצות הברית ואחת ממקדוניה. הסטודנטים למדו יחד לתואר ראשון בהנדסה אזרחית וסביבתית. שניים מהם סיימו את לימודיהם בהצטיינות ואחד בהצטיינות יתרה.

מנהלת המרכז הבינלאומי רונית ליס הכהן אמרה בטקס הסיום כי “זו גאווה גדולה לראות את הבוגרים חוגגים עם משפחותיהם, שהגיעו מרחבי העולם. אנחנו רואים בפעילות שלנו תרומה משמעותית לעשייה הבינלאומית של הטכניון, ושמחים על כך שרבים מהסטודנטים ממשיכים לתארים מתקדמים ו-6 מהם יעשו זאת בטכניון.”

המשנה לנשיא הטכניון פרופ’ אדם שורץ בירך את הבוגרים ואמר “כשאני הייתי בגילכם, הנדסה אזרחית לא נחשבה להיי-טק, אבל מאז זה השתנה. אנשים חושבים שהסיבה היא טכנולוגית אבל לא – השינוי טמון בחוקרי הטכניון, באנשים שבנו את התוכנית הזאת והשקיעו מחשבה רבה בעתידה של ההנדסה האזרחית. למדתם כאן נושאים שכלל לא התקיימו כשאני הייתי סטודנט. אני מקווה שתהיו שגרירים של רצון טוב לטכניון ולמדינת ישראל.”

המרכז הבינלאומי נפתח בטכניון באוגוסט 2009 עם 19 סטודנטים, ומאז הפך למוקד ידע עולמי. כיום לומדים בטכניון למעלה מ-800 סטודנטים ומשתלמים זרים שבאו לחיפה מיותר מ-30 מדינות. עם זאת, אין ספק שגולת הכותרת של הפעילות הבינלאומית של הטכניון היא שלוחותיו בארה”ב ובסין – מכון טכניון-קורנל ע”ש ג’ייקובס בניו יורק ומכון גואנגדונג-טכניון-ישראל לטכנולוגיה בסין – שני המוסדות אשר נחנכו בשנה האחרונה.

 

12 הזוכים במלגה נבחרו מתוך 402 מועמדים מ-55 מדינות

ד”ר נעמה גבע זטורסקי מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון זכתה במלגת CIFAR מטעם קרן עזריאלי העולמית. השנה הגישו 402 חוקרים מ-55 מדינות את מועמדתם למלגה, והקרן בחרה 12 זוכים מ-5 מדינות: ישראל, סינגפור, הולנד, ארצות הברית וקנדה. שניים מהזוכים הם ישראלים: ד”ר גבע זטורסקי וד”ר יניב זיו מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע.

החוקרים הנבחרים התקבלו על סמך מצוינות במחקר, תרומה פוטנציאלית לתוכנית הרלוונטית
ב-CIFAR ופוטנציאל מנהיגותי מחוץ לכותלי האקדמיה. הקרן הכריזה על הזוכים בשבוע שעבר וציינה כי הם עוסקים בספקטרום רחב של נושאים ובהם אנרגיה מתחדשת, אסטרופיזיקה, הבנת התודעה והשפעת המיקרוביום על האבולוציה של האדם ועל בריאותו.

ד”ר גבע זטורסקי חוקרת את המיקרוביום – אוכלוסיית החיידקים המתקיימת בגופנו וממלאת תפקיד קריטי במצבנו הבריאותי. במחקריה, שהתפרסמו ב-CELL, ב-Science ובכתבי עת מובילים אחרים היא הראתה כי הקשרים בין המיקרוביום למערכת החיסון משפיעים באופן דרמטי על תפקודה של מערכת זו. בתקופת שהותה בארה”ב היא פיתחה טכנולוגיה חדשה המאפשרת לעקוב אחר חיידקי המעיים באורגניזם החי בזמן אמת. לדבריה, “הטכנולוגיה שלנו מאפשרת לנו לזהות את תפקידו של כל חיידק בתהליך הזה, והרעיון הוא שבעתיד נייצר מהחיידקים האלה תרופות ייעודיות לשיבושים שונים במערכת החיסון וכן למחלות שונות.”

ד”ר גבע זטורסקי השלימה תואר ראשון באוניברסיטת תל אביב ותואר שני ושלישי במכון ויצמן למדע. לאחר פוסט-דוקטורט ועבודה במחקר בבית הספר לרפואה בהרווארד. לפני כשנתיים היא הצטרפה לפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט והמרכז המשולב לחקר הסרטן בטכניון כחברת סגל. היא זכתה במלגת אלון – מלגה יוקרתית שנועדה לאפשר קליטה של חוקרים צעירים באוניברסיטאות בישראל – ונבחרה כ”עמיתת חורב” במסגרת תוכנית הטכניון למנהיגים מובילים במדע וטכנולוגיה.

 

על מלגת CIFAR Azrieli Global Scholars

באתר קרן עזריאלי מוסבר כי “המלגה נועדה לגשר בין מדינות ודיסציפלינות ולהתניע רעיונות פורצי דרך באמצעות חיבור בין חוקרים. היא מספקת לחוקרים את המשאב החשוב ביותר: חירות לקחת סיכונים אינטלקטואליים החיוניים ליצירת ידע משנה עולם”.

הזכייה ב- CIFAR מספקת לחוקרים בתחילת דרכם האקדמית מימון ותמיכה בבניית קשרים אקדמיים ובפיתוח הכישורים החיוניים למנהיגות מחקרית באקדמיה ומחוצה לה. עד היום נבחרו על ידי CIFAR כ-400 חוקרים מבטיחים. כל זוכה מקבל מענק מחקר של 100,000 דולר קנדיים ומשתלב באחת מ-12 התוכניות של CIFAR  למשך שנתיים. התוכנית מסייעת למשתתפים להציג את מחקריהם בפני עמיתיהם, לתרום לדיונים, ליזום שיתופי פעולה חדשים ולהגיע לקובעי מדיניות, למנהיגים בתעשייה ועוד.

נשיא ומנכל CIFAR אלן ברנשטיין אמר כי “עתיד המחקר טמון בצעירים. CIFAR שמחה לספק תמיכה לקבוצה מופלאה זו של חוקרים צעירים ולקדם את כישוריהם המנהיגותיים והפיננסיים. מרצם של חוקרים אלה והתלהבותם מחוללים דרכי חשיבה חדשות שיקדמו את המדע ויספקו פתרונות לאתגרים הניצבים בפני האנושות.”

להודעת קרן עזריאלי על הזוכים במלגת CIFAR (באנגלית) לחצו כאן

 

 

 

הנוף הטכנולוגי סביבנו מתפתח בקצב מהיר ומשפיע ישירות על אורח חיינו. פרסום, כתבות תוכן ומוצרי צריכה מותאמים לנו אישית. הבינה המלאכותית מולידה ערים חכמות, מכוניות חכמות, מערכות דוגמת “ווטסון” של יבמ וצ’אטבוטים (Chatbots – רובוטים המשוחחים עם בני אדם). כל אלה מבוססים על נתוני העתק – הביג-דאטה. טכנולוגיות ביג-דאטה כבר חזו את בחירתו של ברק אובמה לנשיאות ארה”ב ואת הצלחתה של קבוצת הכדורסל “גולדן סטייט ווריורס” וסייעו לייעל התנהלות ארגונית של חברות רבות.

אנו צועדים לעולם מונחה-נתונים שיהיה שונה מאוד מהעולם המוכר לנו. חיינו ישתפרו על סמך נתונים רבים ומגוונים ובהם מדדי תקציב, צריכת קלוריות ושריפת קלוריות. כבר כיום מאפשרים לנו כלי ביג-דאטה ורשתות חברתיות לנבא אסונות טבע, מפגעים בריאותיים ושינויים כלכליים ולפתח שיטות לזיהוי הזדמנויות עסקיות, לייעול פעילות של בתי חולים, לתכנון מערכות תחבורה יעילות וירוקות במטרופולין ואפילו לחזות התפרצות מגפות ואת דרכי התפשטותן ולפתח טכניקות לניתוח מידע המקודד ברצף הדנ”א.

מדי יממה נאגרים ברחבי העולם נתונים בהיקף אדיר של כ-5 אקסה בייט – נפח מידע שקשה לתארו בשפה פשוטה. בכל שנה גדלה כמות המידע בעולם ב-20%. האתגרים של מדעני הנתונים הם הצלבת נתונים ממאגרים שונים, טיובם ובניית תשתיות לעיבוד כמויות אדירות של נתונים. עמידה באתגרים אלה מקנה ערך מוסף ותובנות משמעותיות לקבלת החלטות.

לכתבה בעיתון הארץ: http://bit.ly/2PxTfDG

חוקרי הטכניון המעורבים בגלאי אטלס במאיץ החלקיקים LHC: “מדובר בזיהוי של היגס בוודאות עצומה”

מאיץ החלקיקים LHC מדווח על תצפית חדשה המאמתת את קיומו של חלקיק היגס. זאת כעשור לאחר פתיחתו של המאיץ ב-10 בספטמבר 2008. LHC הוא המאיץ הגדול בעולם, והוא פועל במנהרה תת קרקעית על גבול שוויץ-צרפת במסגרת CERN – הארגון האירופי למחקר גרעיני.

קיומם של חלקיקי היגס נחזה כבר ב-1964 ואומת לראשונה באופן ניסויי ב-LHC ב-4 ביולי 2012. האימות ההיסטורי זיכה את הפיזיקאים פיטר היגס (בריטניה) ופרנסואה אנגלר (בלגיה), שניבאו את קיומו של החלקיק, בפרס נובל בפיזיקה לשנת 2013.

לחלקיק היגס מסה גבוהה מאוד ולכן דרושה אנרגיה עצומה כדי ליצור אותו באופן יזום. ב-LHC, שבו מתרחשות בכל שנייה עשרות מיליוני אינטראקציות, מיוצרים חלקיקים אלה באמצעות שתי קרני פרוטונים עתירות אנרגיה המתנגשות זו בזו.

כדי להדגים את קיומם של חלקיקים כגון היגס לא די ביכולת לייצר אותם; דרושים גלאים חזקים ומתוחכמים ויכולת מתקדמת בניתוח הנתונים המתקבלים בהם. ואכן, ב-LHC פועלים שני גלאים, וליתר דיוק – שני מתקני גילוי עצומים, אטלס ו-CMS. האירוע המדווח היום נצפה בשניהם, ולכן מדובר באימות משמעותי מאוד.

באטלס לבדו פעילים כ-3,000 מדענים. הצוות הישראלי כולל נציגים מהטכניון, ממכון ויצמן ומאוניברסיטת תל אביב ומובילים כמה תחומים ובהם מערכת הבקרה, מערכת ה”טריגר” (הבוחרת ומתעדת את הארועים הרלוונטיים למחקר) ומערכת ה”גריד” המנתחת את הנתונים באמצעות מחשוב מבוזר. את פעילות הטכניון באטלס מובילים שלושה חוקרים מהפקולטה לפיזיקה: הפרופסורים שלומית טרם ויורם רוזן ופרופ׳-משנה אנריקה קחומוביץ.

חלקיק היגס נחשב במשך שנים לחוליה החסרה במודל הסטנדרטי, שהוא התיאוריה המרכזית בפיזיקה בת ימינו. חוליה חסרה – משום שהיגס מעניק לחלקיקים רבים את המסה שלהם, מסה שבלעדיה לא יפעלו חוקי הטבע כפי שהם מוכרים לנו. חלקיק היגס אינו ניתן לתצפית ישירה, וזאת משום שהוא דועך במהירות עצומה (10^-20 שניות). עם זאת, אפשר להסיק את קיומו מחלקיקים אחרים הנוצרים כשהוא דועך (מתפרק).

האימות של שנת 2012 התבסס על זיהוי פוטונים – חלקיקי אור שנוצרו כתוצאה מדעיכה של חלקיקי היגס. למרות חשיבותה העצומה של אותה תצפית, מדעני LHC שאפו להדגים את קיומם של חלקיקי היגס באמצעות אירוע נפוץ הרבה יותר: היווצרות של צמדי קווארקים כבדים. לדברי פרופ’ רוזן, “רוב ארועי הדעיכה של חלקיקי היגס, כ-60% מהם, מובילים ליצירה של צמדי קווארקים אלה, המכונים קווארקי b. הבעיה היא שדעיכה זו קשה לזיהוי, ואפילו כאשר זיהינו אותם היה עלינו לוודא שהם לא נוצרו בעקבות אירוע אחר, מה שמכונה ‘רקע’.”

ההישג שנרשם היום נשען על צבירה של כמות נתונים עצומה, על שיפור בלתי פוסק באנליזה של הנתונים ועל הצלבת מידע בין אטלס ו-CMS. התוצאה:

זיהוי האירוע כדעיכת היגס בוודאות כמעט מוחלטת – יותר מ-5 סטיות תקן. “במילים אחרות, הוודאות שמה שראינו כאן הוא עקבות של חלקיק היגס גבוהה הרבה יותר מ-99.99%.”

דובר אטלס קרל יאקובס אמר כי “התצפית היא אבן דרך חשובה בחקר בוזון היגס. היא מראה כי אטלס ו-CMS הובילו להישג העולה על כל הציפיות ולהבנה עמוקה של המידע המתקבל מהמאיץ תוך שליטה ברעשי הרקע.”

מנהל המחקר והמחשוב ב-CERN אקהרד אלסן אמר כי “הניסויים שלנו ממשיכים להתמקד בחלקיק היגס, הנחשב בעיני רבים לשער לפיזיקה החדשה.” ב-LHC מעריכים כי בעתיד יבוצע אימות של חלקיק היגס באמצעות מיואונים, שהם חלקיקים בעלי מסה נמוכה יותר.

LHC הוא מאיץ חלקיקים עצום שקוטרו 27 קילומטרים. בכל שנייה של פעילות מתרחשות בו עשרות מיליוני התנגשויות בין חלקיקים הנעים במהירות האור, בסביבה חמה פי 100 מהטמפרטורה השוררת במרכז השמש. בסוף השנה הנוכחית יפסיק המאיץ את פעילותו לתקופה מוגבלת לצורך הכנסת התאמות טכנולוגיות שישפרו את ביצועיו.

 

להודעה מטעם אטלס באנגלית:

ATLAS: http://bit.ly/2wvcBT1

 

 

60 מוצרים טכנולוגיים חדשניים הוצגו ביריד הפרויקטים הגדול בתולדות הפקולטה למדעי המחשב בטכניון

בפקולטה למדעי המחשב נערך לאחרונה יריד הפרויקטים השנתי, שבו הוצגו יותר מ-60 פרויקטים זהו היריד הגדול ביותר בתולדות הפקולטה.

ביריד השנתי מציגים סטודנטים את פרויקטי הגמר שלהם, המתפרשים על פני מגוון רחב של תחומים – אבטחה, קריפטוגרפיה, אינטליגנציה מלאכותית על בסיס רשת נוירונים, רפואה ועזרים לאנשים בעלי מוגבלויות. יריד הפרויקטים התקיים בשיתוף עם מיקרוסופט מו”פ שסייעו לסטודנטים בשימוש בטכנולוגיות ובתוכנות חדישות במהלך לימודיהם, לרבות סמארטפונים וטאבלטים להרצת אפליקציות במהלך הפיתוח. אלה כמה מהפרויקטים שהוצגו ביריד:

אימאן איוב, עזיז ח’ליל והדיל ג’ומייד פיתחו מערכת לניהול תרופות עבור קשישים המתקשים לזכור את מועדי נטילת התרופות. המערכת מקבלת את פרופיל המטופל ומשחררת את התרופות בכמות הנכונה ובעיתוי הנכון, וזאת במקביל להתראה שהיא שולחת למשתמש. במקרה שהמשתמש שכח לקחת את התרופה ששוחררה מהמתקן, המערכת תשלח למקורביו התראה על כך.

הסטודנטיות רואן שורוש, לין סרוג’י ואסיל סנס פיתחו את פרוסטי – מזלף עוגה אוטומטי. המערכת מקבלת מהמשתמש את תבנית ההזלפה המועדפת עליו ומבצעת את ההזלפה באופן מדויק על העוגה.

אופיר קספר, רפי כהן ורון בלטי פיתחו מערכת נעילה קריפטוגרפית לאופניים ולמתקנים נייחים כגון תא דואר. המערכת מספקת למשתמש סיסמה חד פעמית וכך יכולה לשמש למשל חברות להשכרת אופניים או שליחים המורשים לפתוח דלת או תיבת דואר באופן חד פעמי. המערכת מכילה גם GPS, למקרה שהחפץ הנעול ייגנב ויידרש איתורו.

אדי בחית, יעקוב יעקוב ונביל חורי פיתחו מערכת להתאמה אוטומטית של עדשות משקפיים. המערכת כוללת גלגל עדשות המסתובב מול עינו של הנבדק עד שהנבדק מגיע לאיכות ראייה אופטימלית. המערכת מוסרת לו את מספר העדשה האופטימלי לכל עין. התקשורת עם המערכת מבוצעת באמצעות דיבור טבעי.

אחמד עודה, זהרן טעביה ואחמד בקנסי פיתחו “סורק ספריות” המסייע לסטודנט לבחור את  הספרייה האופטימלית עבורו ואת המיקום הטוב ביותר בתוכה. המערכת שפיתחו מנטרת בקביעות משתנים כגון רמת רעש, טמפרטורה, אור ומקומות פנויים, משקללת אותם עם העדפותיו הבסיסיות של הסטודנט ומציעה לו את המיקום האופטימלי. המערכת שומרת לו מקום לפרק זמן מוגבל ויודעת לשמור לו מקום גם אם הוא יוצא להפסקה במהלך השהות בספרייה.

אמיר בירן, תום הירשברג ודין צדוק פיתחו באמצעות אימון רשת נוירונים “כלי נהיגה אוטונומי מדמה רכב פורמולה” כדי לערוך הדמיית זמן אמת של נסיעת רכב הפורמולה האוטונומי שפותח בטכניון. רשת הנוירונים שהם פיתחו אומנה לאפשר לרכב לשפר עצמאית את נהיגתו תוך התחשבות בכל השיקולים הרלוונטיים – מזג אוויר, מסלול, מהירות וכיו”ב. החוכמה שתיצבר באמצעות הרשת תוטמע במכונית הממשית שמפתחים הסטודנטים וכך תקנה לה יתרון משמעותי בצאתה לתחרות הבינלאומית. המערכת פותחה בהנחיית ד”ר קירה רדינסקי מהטכניון ואשיש קאפור מחברת מיקרוסופט ארה”ב.

מערכת “הנעה לתנועה” שפיתחו רועי אלג’ם, עומר אליהו ואיתן גנלס, המערכת פותחה עבור עמותת “מילבת” – עמותה ללא מטרות רווח הפועלת לפיתוח טכנולוגיות המעניקות עצמאות לאנשים בעלי מוגבלויות. המערכת נועדה לעודד אנשים קשישים, נכים ומוגבלי תנועה לעשות פעילות גופנית. המערכת מנתחת קובצי מוזיקה ויוצרת כוריאוגרפיה. בזמן שהמשתמש נע היא מנתחת בעזרת מצלמת מחשב רגילה את תנועותיו ומספקת לו פידבק המעודד אותו להתאים את תנועותיו לקצב ולאווירה.

רון מירוצ’ניק, איתי אליצור, גל שדה, דור כהן, יניב רובין וטל שינקאר הציגו תוכנה בשימוש כלי ענן מתקדמים לניתוח שפה טבעית שמאפשרת לחברות קטנות ומתחילות להתרחב ללקוחות בכל העולם. התכנה מקבלת מהחברה פיסקה המתארת את החברה ומטרותיה, מנתחת אותה בעזרת WATSON של IBM ומביאה תוצאות של לקוחות פוטנציאלים חדשים בעזרת שילוב של כלי חיפוש רבים, ומחפשת חיפושים נוספים בתוך אותם מקורות (חיפוש בשכבה 2) כדי לתת מידע עוד יותר מגוון. שימוש בענן של מיקרוסופט AZURE מאפשר להריץ חיפוש אחת לפרק זמן ולשלוח ללקוח תוצאות חדשות ללא צורך בהתערבות נוספת.

את הסטודנטים הנחו בוריס ואן סוסין, מרינה מינקין, ניצן פרי חדש, לינה מדלג’, תום פלני, איתי דברן וניר לוי ממיקרוסופט.

 

 

 

 

 

 

שר המדע והטכנולוגיה הסיני וואנג ז׳יגאנג (Wang Zhigang) ביקר בטכניון ונפגש עם חתן פרס נובל בכימיה פרופ’-מחקר דן שכטמן, עם המשנה הבכיר לנשיא הטכניון פרופ’ אדם שורץ, עם דיקן לימודי הסמכה במכון גואנגדונג-טכניון ישראל לטכנולוגיה (GTIIT) פרופ’ משה אייזנברג, עם ראש מרכז הקוונטום למדע, חומרים והנדסה ע”ש הלן דילר בטכניון פרופ’ גדי אייזנשטיין ועם מנכ”ל מוסד שמואל נאמן בטכניון פרופ’ משה סידי.

זהו ביקורו הראשון של וואנג בישראל והטכניון היה התחנה האחרונה בביקור, שנועד לחזק את שיתופי הפעולה בין סין לישראל בתחומי החדשנות והטכנולוגיה. לטכניון הגיע השר כדי לבחון שיתופי פעולה במחקר, בחדשנות וביזמות בין סין והטכניון וכדי ללמוד מניסיונו העשיר של הטכניון בקידום חדשנות טכנולוגית.

פרופ’ שורץ הציג לשר את הפעילות המחקרית הענפה בטכניון וסיפר על שלוחות הטכניון בניו יורק ובסין. השר, מהנדס אלקטרוניקה בהכשרתו, הודה לפרופ’ שורץ על קבלת הפנים וסיפר שהגיע לישראל כדי לחזק את שיתופי הפעולה הטכנולוגיים בין חברות סיניות לחברות ישראליות.  “הטכניון הכשיר אלפי מהנדסים,” אמר השר, “והוא גורם משמעותי ומרכזי בפיתוחה הטכנולוגי של ישראל. שלושת זוכי פרס נובל ומיקומו הגבוה של הטכניון בדירוגים האקדמיים מעידים על מצוינותו המחקרית והאקדמית.”

תחום החדשנות הטכנולוגית הוא כיום אחד מהיעדים האסטרטגיים המרכזיים של ממשלת סין, הרואה בפיתוח הטכנולוגי אמצעי להפיכתה של סין למעצמה עולמית בתחומי הטכנולוגיה והמדעים. “הממשלה הסינית רואה בחדשנות ובקדמה הטכנולוגית מנוע צמיחה לסין ומשאב לקידום רווחת תושביה”, אמר השר בפגישה בטכניון.

חתן פרס נובל בכימיה פרופ’-מחקר דן שכטמן אמר בפגישה כי כבר לפני 30 שנים פתח קורס יזמות בטכניון, שבו למדו עד היום כעשרת אלפים מהנדסים. 20% מהסטודנטים שהשתתפו בקורס היו מעורבים בהמשך בפיתוח יזמות בישראל. הוא אמר כי בביקוריו הרבים בסין הוא מרצה על יזמות וחדשנות בארגונים והציג לשר פרויקט שבו הוא מעורב בסין בעיר צ’ינגדאו – של בניית גני ילדים שבהם ילמדו הילדים מדע מגיל צעיר.

פרופ’ משה אייזנברג סיפר לשר כי בשנה שעברה החל מחזור הסטודנטים הראשון את לימודיו ב-GTIIT. השנה יתחילו ללמוד במכון 280 סטודנטים חדשים בשלושה מסלולי לימוד, שיקבלו בסיום לימודיהם תעודה מהטכניון וממשרד החינוך הסיני. “עד כה גייסנו 20 חברי סגל חדשים מכל העולם שמתחילים לבנות את המעבדות שלהם, להגיש הצעות מחקר ולגייס סטודנטים לתארים מתקדמים”, אמר פרופ’ אייזנברג. “בתהליך הכשרת הסטודנטים בשלוחת הטכניון בסין אנו מקנים להם את הסטנדרט האקדמי הגבוה של הטכניון בחיפה, כולל קורסים לחדשנות וליזמות.”

פרופ’ גדי אייזנשטיין הציג בפני השר את מרכז הקוונטום למדע, חומרים והנדסה ע”ש הלן דילר. “נושא הקוונטום נמצא בליבת המחקר העולמי ואנו עומדים בפתחה של מהפכה טכנולוגית בתחום זה. על כן נבחר הקוונטום כתחום מחקר מרכזי שבו יתמקד הטכניון וישקיע בשנים הבאות. גם בסין יש פרויקטים רבים בתחום הקוונטי, ונשמח לשיתוף פעולה מחקרי בנושא.”

לאחר הפגישה ביקר השר במעבדת הרובוטים הקוגניטיביים של ד”ר ארז כרפס בפקולטה להנדסת תעשייה וניהול ע”ש דוידסון. ד”ר ארז כרפס התמחה בכלים לתכנון פעילות של רובוטים בדגש על עבודה של רובוטים ואדם במרחב משותף. בנושאים אלה עוסקים גם המעבדה בראשותו, שחודשה לאחרונה בשיתוף חברת אינטל ישראל, והקורס שהוא מעביר בטכניון.

 

קבוצת פורמולה טכניון השתתפה הקיץ בשתי תחרויות “פורמולה סטודנט” באירופה. בשתי התחרויות הייתה המכונית הטכניונית המכונית הקלה ביותר, 139 ק”ג, וזאת לאחר שחברי הקבוצה עבדו במהלך השנה על הפחתה של 38 ק”ג מהרכב של השנה שעברה.

התחרויות התקיימו בזו אחר זו באוסטריה ובגרמניה, ולדברי הסטודנטית ליאל אלגרבלי “השיפור מהתחרות הראשונה לשנייה ניכר בכל המקצים הודות להתמדה, לאמונה ולכוח רצון.” בתחרות הראשונה, באוסטריה, פיגרה הקבוצה ב-3 שניות בלבד אחרי הקבוצה הטובה בעולם. לקראת התחרות השנייה, בגרמניה, בוצע סבב שיפורים שניכר בגרמניה, ואכן, במקצה התאוצה השתפר הרכב ב-2 עשיריות השנייה והקבוצה שיפרה את מיקומה ב-15 מקומות.

טל ליפשיץ, בן 21, נכנס לתפקיד ראש קבוצת פורמולה טכניון. הוא מחליף את דוד דיסקין שהוביל את הקבוצה בשנתיים האחרונות. לדברי דיסקין, “הפורמולה שלנו יוצרה השנה בזמן שיא – פחות מחצי שנה – והיא מאיצה למאה קמ”ש תוך 3.2 שניות. היא מונעת ב-60 כ”ס, ממש כמו הפורמולה הראשונה של הטכניון משנת 2013, אבל משקלה רק מחצית ממנה.”

חוקרים בפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון ריפאו זיהומים פטרייתיים בעור באמצעות “מפעל חיידקים” זעיר

חוקרים מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון ריפאו זיהומים פטרייתיים באמצעות חיידק השוכן בקרקע. המחקר שהתפרסם בכתב העת Advanced Functional Material נערך בהנחיית פרופ’-משנה בעז מזרחי ובהובלת הסטודנטית מעיין לופטון וד״ר איילת אורבך.

זיהומים פטרייתיים נפוצים בקרב בעלי חיים שונים לרבות האדם. אחד המקורות העיקריים לזיהומים אלה הוא הקנדידה, פטריית שמר הנמצאת באופן קבוע בגופנו. פטרייה זו מנצלת שיבושים בתפקוד האורגניזם כדי להתפשט ולפגוע בו, ורוב בני האדם יחוו לפחות פעם אחת בחייהם זיהום פטרייתי במקום כלשהו בגופם – על העור, במערכת העיכול או באיברים האינטימיים.

שכיחות הזיהומים הפטרייתיים נמצאת בעלייה מתמדת בשל הזדקנות האוכלוסייה ויתכן שגם בעקבות ההתחממות הגלובלית. סיבות נוספות לעליית השכיחות הן השימוש בתרופות המדכאות את מערכת החיסון והשימוש הגובר בתרופות אנטיביוטיות, התומכות בקנדידה באופן עקיף – דרך פגיעה במאזן החיידקים בגוף.

התרופות הניתנות כיום בבליעה כנגד זיהומים פטרייתיים מאופיינות ביעילות נמוכה, בשלל תופעות לוואי כגון כאבי ראש ופריחה, ובמקרים מסוימים גם ברעילות מסכנת-חיים בכבד ובכליות. יתר על כן, בשנים האחרונות התגלו זני קנדידה העמידים לתרופות הקיימות.

חוקרי הטכניון בחנו את האפשרות לטפל בקנדידה באמצעות החיידק בצילוס סבטיליס (Bacillus subtilis), המפריש באופן טבעי חומרים המעכבים גדילה של קנדידה. מנגנון זה התפתח בחיידק כחלק מהמאבק שלו בקנדידה על הקרקע, על בית הגידול ועל שורשי הצמחים.

לדברי פרופ’-משנה מזרחי, “האתגר הראשון שלנו היה לפתח מערכת הובלה שתאפשר למרוח את החיידקים על הנגע המזוהם מבלי לפגוע ביכולתם להתרבות ולהפריש את החומרים הרפואיים באתר המטרה.” החוקרים פיתחו ג’ל ייחודי הנמצא במצב נוזלי במקרר ובטמפרטורת החדר (כך שיהיה נוח למריחה) אך מתקשה תוך שניות לאחר מריחתו על העור. בנוסף לחומרים הפולימריים האחראיים להתקשות, הג’ל מכיל גם חומרי מזון המבטיחים שהחיידק ימשיך לחיות על העור ובכך יוכל “לטפל” בזיהום.

 

החוקרים מרחו את הנוסחה החדשנית על רקמת עור לאחר שסימנו אותה בחומר פלורוסנטי, והראו כי הפורמולה חודרת למעמקי העור אך לא לכלי הדם שמתחתם. בהמשך, יעילות הפורמולה נבדקה על עכברים הסובלים מזיהום פטרייתי. בקבוצות הביקורת, זו שקיבלה משחה ללא חיידקים וזו שלא טופלה כלל, המשיך הזיהום להתפתח. בקבוצה שטופלה בג’ל החיידקי שפותח בטכניון, לעומת זאת, נרפא העור במהירות. יתר על כן, בדיקת הטיפול החדש לעומת טיפול במשחה הנפוצה קטוקונזול הדגימה לא רק את עדיפותו של הג’ל הטכניוני אלא גם את העובדה שהוא נעדר כל תופעות לוואי.

החוקרים מציינים כי מעבר לפיתוח הג’ל הספציפי פותח כאן מודל חדש לטיפול תרופתי: מפעל זעיר, שלאחר החדרתו ליעד הרצוי בגוף מתחילים החיידקים שבתוכו לייצר את החומר הפעיל. זאת בניגוד למודל התרופתי הרגיל, שבו נעה התרופה בתוך הגוף וחלקים ממנה עלולים להתפרק בדרך. החוקרים מקווים כי בעתיד אפשר יהיה להשתמש במודל החדשני לטיפול במגוון מחלות ובהן פסוריאזיס, אקנה, דלקות שונות ואף סרטן.

למאמר המלא ב- Advanced Functional Material לחצו כאן

לסרטון המציג את המחקר

קרדיט: המעבדה לביו-חומרים- פרופ’ משנה בעז מזרחי

חוקרים בפקולטה למדעי המחשב פיתחו מערכת חכמה לפיתוח תרופות חדשות. המערכת צפויה לקצר ולהוזיל את תהליך הפיתוח באופן דרמטי

ד”ר קירה רדינסקי והמסטרנט שחר הראל מהפקולטה למדעי המחשב בטכניון פיתחו מערכת חכמה לפיתוח תרופות חדשות. המערכת, הצפויה לקצר ולהוזיל את תהליך הפיתוח באופן דרמטי, תוצג בכנס KDD2018 שיתקיים בלונדון בשבוע הבא. ד”ר רדינסקי היא המדענית הראשית ומנהלת מדעי הנתונים ב-eBay ישראל ופרופסור-אורח בפקולטה למדעי המחשב בטכניון. שחר הראל הוא סטודנט לתואר שני, העורך את המחקר בהנחייתה.

יצירת תרופות היא תהליך יקר וממושך מאוד. כמה יקר וממושך? 0.5 מיליארד דולר עד 2.5 מיליארד דולר, ותקופה של 15-10 שנים, הם מספרים מקובלים בעולם הפרמקולוגיה.

אם בעבר התגלו תרופות חדשות במקרה – גילוי הפניצילין הוא הדוגמה המפורסמת ביותר – הרי שכיום התהליך מחושב ומערכתי יותר. תחילתו בסריקה של מולקולות רבות כדי לבחור מתוכן את אלה שיש להן פוטנציאל ריפויי משמעותי.

הבעיה היא שמספר המולקולות שיש להן פוטנציאל תרופתי הוא עצום: בין 10²³ ל-10⁶⁰. לשם השוואה – מספר הכוכבים ביקום הנצפה כולו נאמד בכ-10²². לכן נהוג לקצר את תהליך הפיתוח באמצעות צמצום המרחב הראשוני למולקולות שכבר מאופיינות בתכונות הרצויות. ועדיין, מדובר בכמות עצומה של מולקולות.

במחקר שיוצג בלונדון מציגים חוקרי הטכניון גישה חדשה ליצירת מולקולות בעלות פוטנציאל ריפויי. לדבריהם, “נקודת המוצא היא שאוצר המילים של הכימיה האורגנית, הרלוונטית לפיתוח תרופות, פועל בדומה לאוצר המילים של השפה הטבעית. המערכת שפיתחנו, הבנויה על בינה מלאכותית ולמידה עמוקה, למדה את השפה הזאת על סמך מאות אלפי מולקולות. בנוסף סיפקנו לה את ההרכב הכימי של כל התרופות המאושרות שהיו ידועות עד שנת 1930. אותן תרופות קיימות היוו עבור המערכת אבות-טיפוס שעל בסיסם היא יצרה וריאציות שונות – תרופות פוטנציאליות חדשות. כדי שהמערכת תהיה יצירתית הכנסנו לה במתכוון ‘רעש’ היוצר שונוּת. פירוש הדבר הוא שעל סמך כל תרופה קיימת היא תייצר וריאציות רבות.”

המערכת, אם כן, מבוססת על שפה פרמקולוגית, מידע על תרופות קיימות ומנגנון המעודד יצירתיות. החוקרים הורו לה להציע 1,000 תרופות המבוססות על אותן תרופות ישנות, והופתעו לגלות ש-35 מתוך התרופות החדשות שפיתחה המערכת הן תרופות קיימות, מאושרות FDA, שפותחו ואושרו אחרי 1930. במילים אחרות, החוקרים הדגימו את יעילותה של המערכת בפיתוח תרופות ‘הגיוניות’ או תקפות. “למעשה אנחנו מציגים כאן אלגוריתם שמספק את השלב היצירתי בפיתוח התרופה – שלב המצאת המולקולה. היכולת הזאת נשענת על החידוש המתמטי שלנו, שמאפשר למחשב להבין את שפת הכימיה ולייצר מולקולות חדשות לפי תרופת האב-טיפוס.”

לדברי ד”ר רדינסקי, “יש כאן לא רק ייעול של שיטה קיימת אלא פרדיגמה חדשה לגמרי לפיתוח תרופות ולפרקטיקה המדעית בכלל. במקום לחפש קשרים ספציפיים על סמך השערות שניסחנו בעצמנו אנחנו נותנים למחשב למצוא קשרים כאלה ללא הכוונה ועל סמך מדגם עצום. המחשב אינו חכם יותר מהאדם, אבל הוא מסוגל להתמודד עם כמות עצומה של נתונים ולמצוא קישורים בלתי צפויים. כך הצלחנו (במחקר אחר) למצוא תופעות לוואי בלתי ידועות של תרופות ושל שילובי-תרופות שונים, וכעת גם להציג מנגנון לפיתוח תרופות חדשות. כאמור, יש כאן מדע מסוג חדש לגמרי, שאינו עובד על השערה מוקדמת הנבדקת בניסוי אלא על נתונים הקובעים את השערת המחקר.”

חשיבותה של פריצת הדרך הנוכחית גדולה במיוחד על רקע חוקEroom , הקובע כי מספר התרופות החדשות המאושרות על ידי ה-FDA יורד בקצב של כ-50% בכל 9 שנים (מדובר ביחס בין מספר התרופות החדשות להשקעה במחקר ופיתוח). המונח חוק  Eroom נטבע בשנת 2012 במאמר ב-Nature Reviews Drug Discovery, ושמו הוא היפוך אותיות של חוק מור (Moore), הקרוי על שמו של גורדון מור, ממייסדי אינטל. חוק מור קובע כי מספר הטרנזיסטורים המשולבים במעגל משולב יוכפל מדי שנתיים. חוק Eroom, לעומתו, קובע כאמור כי מדי שנה יוצאות לשוק פחות ופחות תרופות.
ד”ר רדינסקי מעריכה כי “המערכת החדשה שפיתחנו תאיץ ותוזיל את פיתוחן של תרופות חדשות ויעילות וכך תקצר את זמן ההמתנה של החולים לתרופות אלה. יתר על כן, הפיתוח החדש צפוי להוביל לפיתוח תרופות שלא היו נוצרות בפרדיגמה הפרמקולוגית המסורתית.”

לקישור למאמר שיוצג בכנס לחצו כאן

לסרטון הסבר על המחקר

 

 

 

רון מרקוביץ ויובל רון סטודנטים בפקולטה למדעי המחשב בטכניון חשפו פרצת אבטחה בקורטנה – הסייעת הקולית של מיקרוסופט והציגו את המחקר ב- Black Hat- אחד מכנסי הסייבר ואבטחת המידע החשובים והיוקרתיים בעולם, שהתקיים בשבוע שעבר בלאס וגאס.

המתקפה שיצרו הסטודנטים לתואר ראשון בהנחיית עמיחי שולמן מאפשרת השתלטות על מחשב נעול. המחקר פורסם ביוני האחרון, לאחר שמיקרוסופט סיימה לתקן את הפרצה בעקבות הפרטים שקיבלה מהסטודנטים.

הסטודנטים הציגו את המחקר בכנס יחד עם המנחים שלהם עמיחי שולמן וטל בארי.
“ההרצאה הייתה מצוינת. זה כנס מדהים, אתה מרגיש שאתה נמצא על גג העולם בתחום הסייבר ואבטחת המידע,”סיפר הסטודנט יובל רון. האולמות ענקיים והמון קהל מכל העולם מגיע להרצאות השונות, לצד המומחים המובילים בתחום הסייבר בעולם כמו צ’ארלי מילר. המיקום בלאס וגאס רק מעצים את כל החוויה.”

“התרגשנו מאוד לפני ההרצאה, אבל הגענו מוכנים ולקחנו את ההזדמנות הייחודית הזאת בשתי ידיים. ההרצאה שלנו נבחרה לאחת מההרצאות המועדפות לפני תחילת הכנס, אז השתתפנו גם במסיבת עיתונאים מיוחדת. נהנו מכל רגע על הבמה ואנו מקווים מאוד לחזור לכאן בעתיד. ”

קורטנה היא סייעת קולית המאפשרת למשתמשים להפעיל מחשבים, סמארטפונים  ושעונים חכמים באמצעות דיבור. מערכת זאת, שבפיתוחה שותף גם מרכז הפיתוח של מיקרוסופט בישראל, נחשפה ב-2014 בכנס המפתחים של מיקרוסופט העולמית.

הסטודנטים רון מרקוביץ ויובל רון גילו את הפרצה בקורטנה במסגרת קורס “פרויקט באבטחת מידע” לתואר ראשון בפקולטה בהנחיית עמיחי שולמן ופרופ’ אלי ביהם. הרעיון למתקפה על קורטנה החל משיחה של שולמן ובתו, שגם היא עוסקת באבטחת סייבר, על פריצה יצירתית למחשבים. בעקבות השיחה החלו שולמן ושותפו טל בארי לחשוב על אפשרויות שאינן דורשות כתיבת נוזקה (Malware), וכך הגיעו לרעיון של ניצול הממשק הקולי של מערכות ממוחשבות.

במשך הסמסטרים האחרונים עבדו כמה קבוצות סטודנטים בפקולטה למדעי המחשב בטכניון על פרויקטים בנושא של אבטחת סייעת קולית, ובסמסטר האחרון רשמו הסטודנטים מרקוביץ ורון הצלחה במתקפה על קורטנה. השניים הצליחו להשתלט על מחשב נעול ולהוריד אליו קובץ תוכנה חיצוני, וכך לשלוט בכל הפונקציות שלו. בעקבות ההצלחה הם דיווחו לחברת מיקרוסופט, שתיקנה כעת את הפרצה האמורה. לדבריהם, “לא היינו מגיעים לפרויקט כזה, ובטח לא היינו מצליחים לזהות את פרצת האבטחה, בלי ההנחיה והכלים שקיבלנו בטכניון.”

החדשנות בשיטת הפריצה שפיתחו מרקוביץ ורון טמונה בשימוש בממשק קולי כדי לעקוף מנגנוני אבטחה. שיטה זו מאפשרת ליזום התקפה ללא כל צורך בנוזקה. לדברי שולמן, זו כבר הפרצה השנייה המתגלה במסגרת המחקר. הפרצה הקודמת, שגם היא אפשרה השתלטות על מחשב נעול באמצעות פקודות קוליות, הוצגה בכנס של חברת קספרסקי בחודש מרץ 2018. לדברי שולמן, “הפרצה החדשה דרמטית אף יותר, ואני מעריך שקבוצות נוספות יציגו בסמסטר הנוכחי תוצאות משמעותיות בנוגע לסיכון הכרוך בשילוב של ממשק תפעול קולי במערכות מחשוב קלאסיות.”

עמיחי שולמן השלים תואר ראשון ושני בפקולטה למדעי המחשב בטכניון ומאז משמש מנחה חיצוני בקורס זה במקביל לפעילותו העניפה בתעשייה. הוא שירת בחיל הקשר בתחום הגנת מערכות, הקים חברת סטארטאפ בתחום זה (Imperva) וכיום עובד כיועץ לחברות אבטחה. כמה מהפרויקטים שהנחה בטכניון זכו בפרסים יוקרתיים ואחד מהם התפרסם בניו יורק טיימס  בדצמבר 2012; באותו פרויקט תקפו הסטודנטים 40 מוצרי אבטחה (אנטי-וירוס) באמצעות 82 וירוסים וגילו כי יעילות ההגנה של אותם מוצרים היא 5% בלבד. פרויקט אחר שזכה בתשומת לב (ובפרס אמדוקס לפרויקט הטוב ביותר) הראה כיצד ניתן לנצל את מנוע החיפוש גוגל כדי לתקוף בשיטתיות אתרים ברשת. תוצאות של פרויקטים נוספים, כגון ניתוח אבטחה של פרוטוקול HTTP/2 ומעקב אחרי פעילות של עברייני Phishing, הוצגו בכנסים בינלאומיים.

פרופ’ אלי ביהם מכהן כראש מרכז המחקר לאבטחת סייבר ע”ש הירושי פוג’יווארה בטכניון. הוא מוביל את הוראת הקורסים בתחום הסייבר לרבות קורס הפרויקט באבטחת מידע, שבו מבצעים הסטודנטים מגוון רחב של פרויקטים בנושאים שונים של אבטחת מידע.

 

לסרטון הסבר על הפרויקט

 

 

חוקרים בטכניון ועמיתיהם בחו”ל הצליחו למוטט את חומת האבטחה החדשנית של אינטל, Intel SGX. הפריצה תוצג בכנס USENIX Security ’18 שיתקיים בבולטימור ב-17-15 באוגוסט.

החוקרים הם פרופ’-משנה מרק זילברשטיין מהפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי ומרינה מינקין, סטודנטית לתואר שני בפקולטה למדעי המחשב בהנחיתו. הם ערכו את המחקר יחד עם עמיתיהם מהאוניברסיטאות אדלייד (אוסטרליה), מישיגן (ארצות הברית) ו-KU Leuven (בלגיה). במחקר היו מעורבים גם בוגרי הטכניון אופיר וייס וד”ר דניאל גנקין.

 

Intel SGX היא הרחבת-אבטחה במעבדי אינטל, המיועדת להגן על פרטיות המידע והחישובים במחשבים פרטיים ובשירותי מחשוב ענן. Foreshadow, החולשה שהתגלתה כעת, מנצלת פרצה באחד ממנגנוני האבטחה של מעבדי אינטל ומאפשרת לתוקף לחשוף את הנתונים הפרטיים ולזייף חישובים שאובטחו על ידי SGX.

חוקרי הטכניון דיווחו על החולשה לאינטל בינואר 2018. מאז ניתחה החברה את השלכותיה של Foreshadow וגילתה כי חולשה זו מאפשרת מתקפות הרסניות נוספות. המתקפות, שנקראות Foreshadow-NG (Foreshadow – הדור הבא) מסכנות את הפרטיות של כל המשתמשים במערכות ענן המבוססות על מעבדי אינטל. עדכוני אבטחה לכל הפרצות הללו כבר הופצו.
SGX היא יכולת חדשה ומהפכנית המספקת ללקוח מעטפת הגנה חזקה במיוחד. לדברי פרופ’-משנה זילברשטיין, “ההרחבה הזאת רלוונטית למגוון יישומים. נניח שנטפליקס רוצה לאפשר ללקוחותיה לראות את הסרטים שלה אבל רק דרך האפליקציה שלה, כך שהמשתמש לא יוכל לשמור ולהפיץ אותם. איך אפשר לוודא שהלקוח – שהמחשב נמצא בשליטתו המלאה – לא פרץ לאפליקציה ולא החליף אותה בגרסה פרוצה? זה מה שמאפשרת SGX – היא מאפשרת לנטפליקס להריץ את האפליקציה ב’מובלעת בטוחה’ (Enclave) ולוודא שהסרט נשלח רק לאפליקציה אמיתית שלא עברה שינויים.”

בנוסף, SGX מצפינה את כל המידע במובלעת עם מפתח ייחודי המוגן על ידי חומרה, כך שרק לתוכנה של נטפליקס יש גישה לתוך המובלעת, לפעילויותיה ולזיכרון שבתוכה. פירוש הדבר שהמובלעת חסומה לכל תוכנה אחרת במחשב ואפילו למנהל המערכת. יכולת זאת של SGX  שימושית גם למחשוב ענן, מאחר שהיא מאפשרת למשתמשי קצה לסמוך על החישובים שמתבצעים במחשבים מרוחקים שאינם נמצאים בבעלותם. לכן, כמה חברות מחשוב ענן כגון IBM, Google ו-Microsoft  כבר הכריזו על מוצרים שמסתמכים על SGX.

 

אבל לא לעולם חוסן. Foreshadow עקפה את האבטחה של SGX וסיפקה לחוקרים גישה למידע פרטי במובלעת – מידע שהמשתמש מניח שהוא מוצפן וחסוי לגמרי. יתר על כן, החולשה אפשרה להם לפרוץ למנגנוני האבטחה של המובלעת עצמה וכך להחליף את התוכנות שרצות בתוכה – וכל זה מבלי שהמשתמש המורשה יוכל לזהות את השינוי. במילים אחרות, הם מוטטו את כל ההגנות ש-SGX אמורה לספק למשתמש. לדברי פרופ’-משנה זילברשטיין, “המתקפה חושפת את הפגיעוּת של SGX ואת העובדה שחולשת חומרה קריטית בודדת מאפשרת לתוקף ולהפיל את רוב חומת האבטחה של SGX.”

ראוי לציין כי ד”ר דניאל גנקין וד”ר יובל ירום, שניים מהחוקרים שגילו את Foreshadow, היו מעורבים גם בגילוי פירצת Spectre ו-Meltdown שהסעירו את העולם בינואר 2018. אותו גילוי חייב את אינטל להפיץ עדכוני אבטחה לכ-90% מהמעבדים שמכרה בחמש השנים האחרונות. גם המתקפה הנוכחית היא למעשה מתקפה מסוג של Meltdown – המתקפה הראשונה מסוג זה על Intel SGX.

פרופ’-משנה מרק זילברשטיין עלה לישראל לבד בגיל 19,במסגרת תוכנית לאקדמאים מצטיינים. “היה לי ברור שאני רוצה ללמוד בטכניון מהיום הראשון שלי בארץ”, הוא אומר. לאחר שהשלים תואר ראשון בהנדסת מחשבים הוא התגייס לצה”ל ובתום השרות חזר לתואר שני ושלישי בהנחייתם של פרופ’ דן גייגר ופרופ’ אסף שוסטר מהפקולטה למדעי המחשב בטכניון. במסגרת הדוקטורט הוא פיתח Superlink-online – מערכת מבוזרת למיפוי הקשרים גנטיים לזיהוי מוטציות הגורמות למחלות שעוברות בתורשה. זאת על סמך העובדה שסמנים גנטיים הסמוכים זה לזה על הכרומוזום נוטים להישאר בצמידות כשהם עוברים מהורה לצאצאים. התוכנה, המבוססת על מחשוב מבוזר, משמשת עד היום חוקרים ורופאים בכל העולם.

לאחר פוסט-דוקטורט אצל פרופ’ עידית קידר מהפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי המשיך זילברשטיין לפוסט-דוקטורט באוניברסיטת טקסס אוסטין בהנחייתו של פרופ’ אמט וויצ’ל (Emmett Witchel). ב-2013 חזר לטכניון, הפעם כחבר סגל.

מרינה מינקין נולדה בברית המועצות ועלתה לישראל בגיל חודש. לאחר שירות צבאי כטכנאית רשתות היא השלימה תואר ראשון בפקולטה למדעי המחשב. במהלך לימודיה עבדה במשרת סטודנט באינטל, הייתה חלק ממייסדי קורס הפרויקטים ב-IoT בפקולטה, ובמשך 4 שנים שימשה מתרגלת בקורס זה. כיום היא לומדת לתואר שני בהנחייתו של פרופ’-משנה מרק זילברשטיין.

המחקר הנוכחי נתמך על ידי מרכז המחקר לאבטחת סייבר ע”ש הירושי פוג’יווארה בטכניון, הקרן הלאומית למדע בארה”ב (NSF), משרד המסחר האמריקאי, מכון התקנים האמריקאי, תוכנית אריאן דה רוטשילד לתלמידות דוקטורט והסוכנות הצבאית לפרויקטים מחקריים מתקדמים (DARPA).

לסרטון הסבר על הפרויקט