קטגוריה: Uncategorized

חוקרים בטכניון ובאוניברסיטת תל אביב גילו את דפוס-התזמון המפתיע של תנועת זרועות האלמוגים, המעניק להם יתרונות משמעותיים באספקת חמצן ומזון. את המחקר, שהתפרסם ב-Proceedings of the Royal Society B, ערכו פרופ’ אורי שביט והסטודנט דרור מלול מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון ופרופ’ רועי הולצמן מהמחלקה לזואולוגיה באוניברסיטת תל אביב.

אלמוגים הם בעלי חיים ימיים המתקיימים כשהם מקובעים למצע ולכן אין להם אפשרות לשוטט בחיפוש אחר מזון. ככאלה, הם תלויים בזרימת המים החיונית לאספקת מזון וחמצן וסילוק חומרי פסולת. גוף האלמוג אומנם מקובע לקרקעית, אך את גופו מעטרות זרועות ציד הנשלחות אל המים שסביבו. האלמוג משתמש במערכת השרירים המוגבלת ש

לו ובמערכת שאיבה פנימית כדי לכנס את זרועותיו כדי לתפוס טרף או כדי להתגונן מפני טורף, אבל הוא אינו מסוגל להניע את הזרועות מצד לצד.

חוקרי הטכניון צילמו את זרועות הציד בתנועתן בים ובמתקן גלים במעבדה שבמכון הבין-אוניברסיטאי למדעי הים באילת, וגילו להפתעתם כי תנועת הזרוע אינה פסיבית, כלומר אינה נעה בהשפעת הגלים בלבד, אלא מקדימה את תנועת הגלים. לדברי פרופ’ שביט, “בניסויים מדדנו את תנועת זרועות הציד ואת מהירות המים בסמוך להן, והופתענו לגלות שיש כאן דפוס מתוחכם ולא אינטואיטיבי – זרועות הציד נעות בתדירות זהה לתדר הגלים, כלומר באותו קצב, אבל הן מקדימות את הגל ברבע זמן מחזור וכך יוצרות הפרש פאזה. התוצאה הייתה מסקרנת כי היה לנו ברור שלאלמוג אין מערכת שרירים שיכולה לקיים תנועה יזומה.”

המחקר מראה כי כאשר המים נעים הצידה, הזרוע האלסטית נעה איתם ו״נדרכת״; וכאשר זרימת המים נחלשת, הכוח האלסטי מחזיר את הזרוע למרכז לפני שמהירות המים משנה את כיוונה. באמצעות משוואות מתמטיות, סימולציות ומדידות נוספות גילו החוקרים כי הפרש הפאזה וההגברה של התנועה היחסית בין הזרועות והמים מביאים לשיפור של עשרות אחוזים בשלושה תפקודים חשובים: הגדלת כמות החמצן שהוא קולט בלילה; הרחקת עודפי החמצן בזמן הפוטוסינתזה ביום; והגדלת כמויות המזון (פלנקטון) שהוא צד. צילום תנועות הזרוע של מינים אחרים הראה כי מנגנון זה אופייני לכלל זרועות האלמוגים. לדברי דרור מלול, “בסביבה הצפופה והתחרותית של השונית, כל מנגנון שיספק לאלמוג יתרון על פני שכניו עשוי לקבוע מי ממיני האלמוגים ישרוד. עד היום נחשפו מנגנונים ביולוגיים רבים שמסייעים לאדפטציה לסביבת השונית המורכבת, אבל הדרך להבנה מלאה של המנגנונים הפיזיקליים עוד ארוכה.”

בעקבות התגלית התמקדו החוקרים בסוגיות הבאות: לימוד המנגנון שיוצר את הפרש הפאזה, וזאת על ידי פיתוח מודל דינמי לחישוב התנועה המחזורית של זרועות האלמוגים; פיתוח שיטת מדידה של התכונות האלסטיות של הזרועות; וחקירה של המנגנונים שמקנים לאלמוגים יתרונות בהקשרים של חילוף חומרים עם המים, זאת על ידי פתרון נומרי של זרימת המים ותנועת המומסים לשם חישוב שטפי הכניסה והיציאה בתלות במהירות המים והפרש הפאזה. בין השאר הם גילו כי הפרש הפאזה מאפיין את כלל האלמוגים וכן בעלי חיים אחרים המקובעים למצע.

 

 

למאמר ב- Proceedings of the Royal Society B לחצו כאן

 

לסרטון המציג את המחקר:

[su_youtube url=”https://www.youtube.com/watch?v=YDQLzeLJGf8″ width=”700″ height=”200″ autoplay=”yes”]

חוקרים מהטכניון ועמיתיהם בגרמניה מציגים שיפור משמעותי ביעילותם של תאים ביו-סולריים המפיקים חשמל ודלק באמצעות אנרגיית שמש. החוקרים הם ד”ר דביר הריס ופרופ’ נעם אדיר מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך ותוכנית האנרגיה ע”ש גרנד בטכניון ועמיתיהם פרופ’ מרק נוואצ’יק וד”ר פולקה הרטמן מ-RUB (Ruhr-Universität Bochum). המאמר פורסם בעמוד השער של כתב העת Journal of Materials Chemistry A.

 

פיתוחם של מקורות אנרגיה מתחדשים ובני-קיימא הואץ בעשורים האחרונים, וזאת בעקבות ההכרה בנזקי השימוש בדלקים מחצביים כגון פחם ונפט. עם זאת, בדומה להפקת דלקים מחצביים, גם הפקה של דלקים מתחדשים כגון מימן מצריכה השקעה אנרגטית גדולה, ולכן השאיפה היא להשתמש לשם כך במקור האנרגיה הבלתי נדלה – השמש.

 

מאחר שבמהלך האבולוציה התפתח בחיידקים, באצות ובצמחים שונים מנגנון יעיל מאוד להפקת אנרגיה מקרינת שמש – תהליך הפוטוסינתזה – אחת המגמות בהפקת אנרגיות מתחדשות כיום היא פיתוח תאים ביו-סולריים המבוססים על תהליך זה. תאים אלה משלבים בתוכם מערכות טבעיות להמרת אנרגיה, ואחת מהן היא  PSII- אשכול-חלבונים גדול המפרק מים לאלקטרונים, פרוטונים וחמצן (כתוצר לוואי) באמצעות אנרגיית השמש.

חסרונה של מערכת PSII בכך שהיא יודעת לקלוט ולנצל תחום (ספקטרום) צר של קרינת השמש, ולכן אינה מנצלת את מלוא הפוטנציאל של משאב זה – למשל האור הירוק, המהווה כמחצית מספקטרום האור הנראה. כדי להתגבר על כך צימדו חוקרי הטכניון את PSII לפיקוביליזום – קומפלקס חלבונים ייחודי הנמצא בציאנובקטריה, שהיא אורגניזם ימי נפוץ המייצר את האנרגיה שלו באמצעות פוטוסינתזה. הפיקוביליזום התפתח באופן המאפשר לציאנובקטריה לקצור גם את הקרינה שמערכת PSII אינה יודעת לקלוט, ולהעביר אותה ל- PSIIלהמשך שימוש. שילוב זה של שתי המערכות לא שוחזר עד כה במערכות מלאכותיות.

כעת, לראשונה, צימדו חוקרי הטכניון ו-RUB את ה-PSII והפיקוביליזום במערכת הנדסית אחת המהווה פוטואנודה – אלקטרודה רגישה לאור. יתר על כן, הם הדגימו בניסויים את יעילותה של הפוטואנודה בהמרת קרינת השמש, לאורך כל הספקטרום של האור הנראה, לאנרגיה חשמלית. לדברי פרופ’ אדיר, “אנחנו מתכוונים להמשיך בפיתוח המערכת כדי להאריך את תוחלת החיים של מרכיביה הביולוגיים ואת ניצולת האנרגיה. להערכתנו, פוטואנודות PSII-פיקוביליזום עשויות להפוך לאמצעי מקובל להפקת אנרגיה ולהאיץ את השימוש באנרגיה מתחדשת.”

המחקר מומן על ידי הקרן לשיתוף פעולה ישראל-גרמניה בנושא ננו-אופטו-ביואלקטרוניקה במסגרת הקרן הלאומית למדע בישראל והקרן הגרמנית למדע (DFG).

ד”ר דביר הריס הוא בוגר תכנית הלימודים באנרגיה ע”ש גרנד במסלול דוקטורט.

למאמר ב  – Journal of Materials Chemistry A לחצו כאן

נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון בירך על המינוי והודה לפרופ’ לביא על הסכמתו לשמש יו”ר אגודת ידידי הטכניון בישראל. “בתקופה המאתגרת שבה אנו נמצאים היום,” אמר הנשיא, “חשוב שנתרכז בחיזוק בסיס הטכניון בישראל באמצעות הידוק הקשרים עם התעשייה הישראלית ועם בוגרי הטכניון לדורותיהם, כדי שנבטיח את המשך המובילות המדעית-מחקרית של הטכניון בארץ ובעולם.” פרופ’ סיון הודה בחום בשם משפחת הטכניון לאלוף (מיל’) חגי שלום, יו”ר אגודת ידידי הטכניון היוצא, על פועלו לקידום האגודה.

“לפני 45 שנה קשרתי את גורלי בגורל הטכניון,” אמר פרופ’ לביא בעקבות ההודעה על מינויו. “כאן התפתחתי כחוקר וכמחנך וכאן התקדמתי בשדרת הניהול הטכניונית עד לתפקיד המחייב של נשיא הטכניון. אני גאה להיות חלק ממשפחת הטכניון – משפחה שכל חבריה עתירי הישגים, מחויבים למדע ולהשכלה, אנשים שאכפת להם זה מזה, מהמדינה שבה הם חיים ומבני אדם בכל מקום שיהיו בו. לטכניון תפקיד מרכזי בפיתוח המדינה וביצירתה של תעשייה הייטק בעלת שם עולמי. לאגודת הידידים של הטכניון בישראל תפקיד חשוב ומרכזי בשמירה על המשך היותו מוסד אקדמי מוביל בארץ ובעולם. בתור יו”ר אגודת ידידי הטכניון בישראל אפעל לחזק את הקשר בין הטכניון לבוגריו ולתעשייה הישראלית.”

“היום, יותר מתמיד, אנו זקוקים לעזרת ידידי הטכניון בישראל,” אמר פרופ’ אלון וולף, סגן נשיא הטכניון לקשרי חוץ ופיתוח משאבים. “היכרותו העמוקה של פרופ’ לביא את הטכניון על כל שלוחותיו בארץ ובעולם תסייע לנו לקדם ולפתח קשרים עם תורמינו גם בישראל.”

פרופ’ לביא, מומחה בעל שם עולמי לחקר השינה, הוא יזם שנמנה עם מייסדי “איתמר מדיקל” וחברות נוספות בתחום ההנדסה הביו-רפואית. לפני מינויו לנשיא הטכניון הוא שימש בתפקידים בכירים אחרים ובהם דיקן הפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט וסגן נשיא הטכניון לקשרי ציבור ופיתוח משאבים. ב-2015, במקביל לכהונתו כנשיא הטכניון, הוא התמנה ליו”ר ור”ה (ועד ראשי האוניברסיטאות). במרוצת השנים היה פרופ’ לביא מעורב, כמומחה עולמי בתחום השינה, בכמה החלטות ציבוריות משמעותיות ובהן ביטול שעת האפס בבתי הספר היסודיים, הנהגת שעון הקיץ, הארכת משך השינה המינימלי בצה”ל והפעלת הגל השקט בתקופת מלחמת המפרץ הראשונה. מינויו ליו”ר אגודת ידידי הטכניון בישראל נכנס לתוקף מיד עם אישורו פה אחד ב-23 ביוני.

 

אגודת ידידי הטכניון בישראל, המנוהלת על ידי עפר שמחוני, פועלת לחיזוק הטכניון ולהמשך צמיחתו ופיתוחו. זאת באמצעות גיוס תמיכה בפרויקטים אסטרטגיים בטכניון מבוגרים, מחברות בתעשייה, מקרנות פילנתרופיות ועוד.

קרדיט לתמונה: Wall Street Journal photos – Credit to Annie Tritt

חוקרים מהטכניון הדגימו לראשונה תצפית ניסויית בהסתעפות קרני אור. הממצאים התפרסמו הערב על שער כתב העת המדעי היוקרתי Nature. את המחקר פורץ הדרך ערכו הדוקטורנט אנטולי (טוליק) פצוק וד”ר מיגל בנדרס, שהיה פוסט-דוקטורנט בטכניון והיום הוא חבר סגל ב-CREOL, מכון המחקר לאופטיקה ופוטוניקה ב-UCF, בהנחייתם של נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון ופרופ’-מחקר מוטי שגב מהפקולטות לפיזיקה ולהנדסת חשמל.

 

כשגלים עוברים דרך תווך שיש בו הפרעות – תווך לא הומוגני – הם מתפזרים, ולעתים מתפזרים לכל הכיוונים. פיזור האור הוא תופעה טבעית המתרחשת במקומות רבים בטבע והוא, לדוגמה, הגורם לכך שהשמים נראים לנו כחולים.

מתברר שכאשר ההפרעות האמורות משתנות על פני מרחקים גדולים מאורך הגל נוצר דפוס פיזור ייחודי מאוד: האור יוצר ערוצים (ענפים) של עוצמות מוגברות, וערוצים אלה ממשיכים להסתעף שוב ושוב ככל שהגל מתקדם. תופעה זו נצפתה לראשונה בתנועת אלקטרונים כבר בשנת 2001, ונקראה בשם “זרימה מסועפת” (Branched Flow) בעקבות אותה תגלית הועלתה ההשערה שזרימה מסועפת תתקיים גם בסוגי גלים אחרים בטבע ובהם גלי קול ואפילו גלי ים. כעת גילו חוקרי הטכניון את התופעה האמורה בעולם האופטיקה, ודרך הניסויים באופטיקה התגלו תכונות חדשות של התופעה ורעיונות חדשים לחלוטין.

“הזרימה המסועפת של האור לא הייתה התופעה שחיפשנו מלכתחילה,” אומר פרופ’ מיגל בנדרס. “מטרת המחקר הייתה לעצב אלומות של לייזר בתווך שהוא מרחב עקום – קליפה כדורית דקה. הקליפה הדקה ביותר שאנו מכירים היא בועת סבון, ולכן שיגרנו קרני לייזר לתוך הקליפה המולקולרית של בועת סבון. אבל כשהצלחנו ליצור בועת סבון מספיק יציבה כך שניתן לשלוח את האור הלייזר לתוכה – גילינו להפתעתנו שהאור מסתעף בתוך הקליפה שוב ושוב כמו ענפים וענפי משנה שצומחים מעץ.” עברה שנה עד שהבנו שההסתעפויות נובעות משינויים קטנים בעובי הקליפה, אשר משתנה מנקודה לנקודה. במצב רגיל שינויים כאלה מפזרים את האור לכל הכוונים, אולם מסתבר שכאשר “הפרעות העובי” האלה אינן אקראיות לחלוטין – אלא הן בעלות גודל אופייני (כמו הרים וגאיות) – האור מתפזר מהן על ידי יצירת הסתעפויות.

במחקרם הקרינו החוקרים קרן לייזר על קרום סבון דקיק שעוביו משתנה באופן אקראי. הם גילו שכשהאור נע בתוך הקרום הוא יוצר ענפים ארוכים – זרימה מסועפת. לדברי הדוקטורנט טוליק פצוק, “באופטיקה אנחנו עובדים בדרך כלל קשה כדי לאפשר לאור לנוע כאלומת אור צרה וממוקדת, אבל כאן הופתענו לגלות שהמבנה האקראי של קרום הסבון מיקד בעצמו את האור ויצר תמונה המזכירה ענפים של עץ. הטבע מזמן לנו הפתעות, וזו אחת מהן.”

“ההצלחה בהדגמת התופעה של זרימה מסועפת של האור באופטיקה פותחת דרכים חדשות לחקירה ולהבנה של תופעות גליות,” אומר פרופ’ אורי סיון, נשיא הטכניון חבר סגל בפקולטה לפיזיקה ומחזיק הקתדרה ע”ש ברטולדו באדלר, “שום דבר אינו מלהיב יותר מגילוי של תופעה חדשה בטבע, וזו ההדגמה הראשונה של התופעה האמורה בגלי אור. מסתבר שכשהטבע מחייך אפשר לגלות תופעות מרתקות במערכות פשוטות מאוד, ולשם כך עלינו רק להיות קשובים מספיק. היה כאן מאמץ משותף של חוקרים מתחומים שונים, עם השקפות שונות ורקע שונה, שהוביל לגילויים מרתקים.”

“ההצלחה בתצפית על זרימה מסועפת של האור פותחת אפשרויות חדשות במחקר, החל באפיון התווך שבו האור מתקדם בדיוק רב מאוד וכלה במעקב מדויק אחר ענפים אלה ולימוד תכונותיהם,” הוסיף פרופ’ סיון.

“יש כאן תגלית מדעית שפורסמה על שער מגזין Nature בזכות העובדה שהיא פותחת תחום חדש באופטיקה, אפילו שכרגע אין לה יישומים מיידיים,” אמר פרופ’-מחקר מוטי שגב, מחזיק הקתדרה ע”ש ד”ר בוב שילמן וחבר האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים. “הסיפור של התגלית הזאת מעניין מאוד – הסטודנט טוליק חיפש דבר אחד וגילה תופעה אחרת לגמרי, ובמקום להתעלם ממנה ולהמשיך בחיפוש הראשוני הוא שאל את עצמו, ואותנו, מה קורה כאן. כך אני מלמד את הסטודנטים שלי לעבוד – תמיד להתבונן בעובדות הניסוייות כפי שהן ולא להתעלם מתופעות שאנחנו רואים ומתקשים להסביר. טוליק ומיגל הצליחו לשפר את מערכת הניסוי משמעותית, למדו לייצב את בועות הסבון כך שלא התפוצצו למרות הסיב האופטי הדוקר אותן (דרכו האור מוכנס לבועה), עד לרמה שאפשרה לבודד את הפיזיקה שפועלת כאן. נדרשה לנו עוד שנה שלמה כדי להבין שאנו רואים בעצם זרימה מסועפת של האור (Branched Flow of Light), תופעה שמעולם לא נחקרה בהקשר של גלי אור.”

לדברי פרופ’-מחקר שגב, “בעקבות התצפית הזאת נוכל לחשוב על המון כיוונים חדשים. לדוגמה, שליטה בהסתעפות האור כדי לשלוט בזרמים בתוך נוזל, או שילוב של סבון וחומר פלורוסנטי שיהפוך את הענפים למקורות לייזר זעירים, או שימוש בקרום הסבון כפלטפורמה לחקר התנהגות גלית. המחקר פורץ הדרך הזה יכול להוביל למחקרי המשך מגוונים בתחומים רבים, וכפי שנהגנו פעמים רבות בעבר, גם כעת אנחנו שואפים לחקור וללכת למחוזות שאיש עוד לא ביקר בהם.”

פרויקט המחקר נמשך כעת במעבדותיהם של פרופ’-מחקר שגב ופרופ’ סיון בטכניון, ובמקביל במעבדתו החדשה של פרופ’ מיגל בנדרס ב-UCF. המחקר נערך במכון למצב מוצק בשיתוף עם מכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה (RBNI) בטכניון.

למאמר ב- Nature לחצו כאן

 

לסרטון המסביר את המחקר:

[su_youtube url=”https://www.youtube.com/watch?v=CIc18-U3c34&feature=youtu.be” width=”700″ height=”200″ autoplay=”yes”]

 

תמונות מיקרוסקופ של קרום-נוזל כפלטפורמה לתצפית בזרימה מסועפת של האור:

 

 

תמונות מיקרוסקופ של קרן לייזר באורך גל של 532 ננומטר המתקדמת בתוך קרום סבון:

 

 

 

חוקרים בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון ועמיתיהם בבתי החולים רמב”ם וכרמל מציגים לראשונה את מסלול השפעתם של שיבושים במערכת הלב על התפתחות סרטנית. על פי הממצאים, כבר בשלב מוקדם של מחלת לב (קדם כשל לבבי), כשהיא עדיין אינה מסכנת את המטופל באופן ישיר, מופעל מנגנון המעודד התפתחות תאי סרטן לרבות גרורות.

 

את המחקר שהתפרסם בכתב העת Circulation הובילו ד”ר שמרית אברהם והפרופסורים יובל שקד ועמי אהרונהיים מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון. להערכתם עשוי המחקר  להוביל למניעה של החמרה בהתפתחות סרטנית באמצעים עקיפים – על ידי הקדמת טיפולי לב בשלב מוקדם של מחלת הלב, שבו היא עדיין אינה מסכנת את המטופל באופן ישיר.

בשנים האחרונות מתבהר יותר ויותר הקשר בין סרטן למחלות לב, וזה הבסיס להתפתחותו של תחום מחקר חדש בשם קרדיו-אונקולוגיה. בין השאר ידוע כיום שתרופות אנטי-סרטניות מסוימות יוצרות גם רעילות לבבית (Cardiotoxicity) העלולה להוביל לבעיות לב וכלי הדם ובהן אי ספיקת לב, אוטם שריר הלב, הפרעות קצב, קרישי דם ויתר לחץ דם.

הקשר בין סרטן ומחלות לב פועל גם בכיוון ההפוך – האותות שמשחרר הלב במקרה של מצוקה קרדיו-וסקולרית עלולים לעודד ולהאיץ תהליכים סרטניים. המחקר הנוכחי מגלה כי יותר מכך, אפילו שינויים ראשוניים במערכת הקרדיו-וסקולרית ובעיקר בלב – שינויים שעדיין אינם מעידים על חולי לבבי  – עלולים לעודד צמיחת גידולים סרטניים וגרורות. לדברי פרופ’ אהרונהיים, “במקרה של היצרות  של המסתם האורטלי, הלב פועל כנגד לחצים גבוהים ועובר תהליך של cardiac remodeling – תכנות-מחדש של פעילותו. הלב מפריש חלבונים שבין השאר מעודדים חלוקת תאים, בדומה לחלוקת תאים בלתי מבוקרת כמו זו המאפיינת גידולים סרטניים.”

 

חוקרי הטכניון לא רק זיהו את התהליך האמור אלא גם גילו את אחד הגורמים המקשרים בין ה- cardiac remodeling לחלוקה המואצת של התאים הסרטניים. גורם זה הוא חלבון מופרש בשם פריוסטין (Periostin), הממלא תפקיד מרכזי ביכולת ההידבקות של תאים ונדידתם – לרקמות שונות בגוף. הם הראו כי מצוקת לב גורמת להפרשה מוגברת של פריוסטין לזרם הדם, וזו מובילה להאצת חלוקת התאים.

המחקר נערך בשתי זרועות: האחת – עבודה על מודלים של סרטן שד וסרטן ריאות בעכברים, והאחרת – ניתוח גוף נתונים עצום של חולי לב וחולי סרטן. מדובר במידע על כ-80 אלף חולי לב, שנאסף במשך כ-18 שנה על ידי פרופ’ אבינעם שירן, קרדיולוג בכיר בבית החולים כרמל. נתונים אלו עובדו והוצלבו עם מידע ממאגר הסרטן הישראלי על ידי פרופ’ וליד סליבא, אפידמיולוג בבית חולים כרמל. כך אימתו החוקרים את ההשערה שבעיות לבביות, גם בשלבים ראשוניים שלהן – ובעיקר בחולים צעירים (60-40) – מעודדות התפתחות גידולים סרטניים וגרורות סרטניות ופוגעות ביכולתו של הגוף להתמודד עמם. לדברי פרופ’ אהרונהיים, “בעקבות המחקר אנחנו ממליצים לשקול לטפל בבעיות לב גם בשלב מוקדם, כשהגוף עוד מתמודד בהצלחה עם הבעיה, ולא לחכות למצב אקוטי. אפשר לגלות בעיות כאלה בבדיקה פשוטה של אקו לב, ויתכן שבמקרים רבים, צינתור בשלב מוקדם יעזור לא רק ללב אלא גם ימנע התפתחויות סרטניות.”

המחקר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (ISF).

 

למאמר ב – Circulation לחצו כאן

לדברי פרופ’ קוטינסקי, המבנה הבסיסי של המחשב כמעט לא השתנה מאז המחשבים הראשונים שנבנו בשנות ה-40. “המחשב הקלאסי המוכר לנו בנוי משתי יחידות מרכזיות – המעבד המבצע חישובים והזיכרון המאחסן את המידע. בשתי היחידות האלה חל בעשורים האחרים שיפור מטאורי – קצב החישוב של המעבדים עלה משמעותית וגם נפח האחסון ביחידות הזיכרון גדל דרמטית – אבל התקשורת ביניהם הפכה לצוואר בקבוק המגביל את קצב החישוב של המחשב כולו. זאת משום שהעברת המידע מהמעבד לזיכרון ובחזרה איטית משמעותית מהחישוב עצמו ואף צורכת אנרגיה רבה.”

בשנים האחרונות מתמקד פרופ’ קוטינסקי בכמה אפיקים לפתרון בעיית ההפרדה בין זיכרון למעבד, והמאמר הנוכחי מדגים כיצד אפשר לבצע, תוך שימוש ביחידות הזיכרון עצמן, חישובים דיגיטליים הדומים לאלה הנעשים על ידי המעבד. זאת מתוך הבנה שאם החישוב והאחסון יבוצעו על ידי אותה יחידה ייעלמו אותם “פקקי תנועה” הנוצרים במעבר בין המעבד לזיכרון.

“הניסיון לבצע חישובים ביחידת הזיכרון אינו חדש לגמרי,” מסביר פרופ’ קוטינסקי, “אבל מימושו הטכנולוגי מורכב ומאתגר מאוד. זאת בין השאר בשל התכונות הפיזיקליות השונות בין הרכיבים החישוביים במעבד (טרנזיסטורים) לרכיבי האחסון השונים הקיימים כיום בזיכרונות המחשב. עד כה הצליחו בקושי רב לבצע חישובים קרוב ליחידות האחסון, וכך לצמצם את העלות של העברת המידע בין היחידות. נעשו גם ניסיונות להשתמש בתאי הזיכרון לחישוב, אך לרוב מדובר בחישוב מוגבל השונה במהותו מהחישוב הדיגיטלי שמבצעים במעבד”.

חוקרי הטכניון מציגים במאמר הטמעה מוצלחת של שלושה שערים לוגיים בתוך יחידת הזיכרון שיוצרה על ידי השותפים מ-Jülich, ואף מדגימים כיצד ניתן לחבר מספרים בתוך הזיכרון. בנוסף הם מראים במאמר את היתכנותם של רכיבים לוגיים מורכבים יותר. להערכת פרופ’ קוטינסקי מדובר באבן דרך משמעותית לקראת פיתוחם של זיכרונות בעלי יכולות חישוביות משמעותיות. “מזה כעשור אנחנו מפתחים תיאוריה ומדגימים בסימולציות מחשב כיצד השערים הלוגיים שתכננו יבצעו חישובים לוגיים בצורה דומה לזו שבמעבד. זוהי עבודה ראשונה שמדגימה את השיטה הזו על רכיבי זיכרון שיוצרו ונמדדו במעבדה, מעבירה את השיטה מהתאוריה אל המעשה, וכל זה תוך התגברות על הבעיות הקיימות בעולם האמיתי.”

 

המחקר נערך בתמיכת הנציבות האירופית למחקר (מענק ERC Starting Grant) והקרן הלאומית למדע.

 

למאמר ב – IEEE Transactions on Electron Devices לחצו כאן

זאב אלקין, השר להשכלה גבוהה ומשלימה ולמשאבי מים ויו”ר ות”ת פרופ’ יפה זילברשץ ביקרו ביום חמישי שעבר בטכניון. השניים נפגשו עם נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון ועם הנהלת הטכניון. הביקור התקיים במסגרת סבב ביקורים שעורך השר במוסדות להשכלה גבוהה בארץ. לביקור בטכניון התלוו סגן יו”ר מל”ג פרופ’ אדו פרלמן, שהוא פרופסור אמריטוס בטכניון, וממלאת מקום מנכ”ל מל”ג/ות”ת מיכל נוימן.

יו”ר ות”ת פרופ’ יפה זילברשץ אמרה בפגישה עם השר כי הטכניון הוא מוסד בעל היסטוריה מפוארת ותרומה אדירה למדינת ישראל. “זהו מוסד עם אתוס ניהולי מפואר, שלא ניכר במקומותינו. זה לא ברור מאליו, ואנו בות”ת מנסים להנחיל את מודל הניהול הטכניוני גם ליתר המוסדות להשכלה גבוהה בארץ. לטכניון יש מובילות אסטרטגית והוא מוביל תהליכים בראייה לאומית. התוכניות שפותחו בו, כמו למשל, התוכנית להנגשת ההשכלה הגבוהה לחברה הערבית שנבנתה על פי המודל של הטכניון אומצה על ידי ות”ת. בשנתיים האחרונות מוביל הטכניון את הרה-אורגניזציה של לימודי ההנדסה, ותוכנית זו תאומץ גם ברמה הלאומית.”

נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון ערך למבקרים סיור במרכז למיקרוסקופיית אלקטרונים (מיק”א( בליווי דיקן הפקולטה למדע והנדסה של חומרים פרופ’ יאיר עין אלי והציג להם את “ת’מיס” – מיקרוסקופ אלקטרונים חודר(TEM)  המספק תמונות של אטומים בודדים ומידע על מבנה החומר ותכונותיו. המיקרוסקופ, מהמתקדמים בעולם והיחיד מסוגו בישראל, מאפשר מעקב בזמן אמת אחר תהליכים דינמיים המתרחשים בחומר.

בנוסף סייר השר במעבדה לדינמיקה קוונטית של אלומות אלקטרונים ע”ש רוברט ורות מגיד בראשות ד”ר עדו קמינר, חבר סגל בפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי. ד”ר קמינר הציג לשר את מחקרו פורץ הדרך שפורסם החודש במגזין המדעי היוקרתי Nature. במסגרת המחקר פיתח ד”ר קמינר מערכת מיקרוסקופייה קוונטית חדשנית והדגים באמצעותה, לראשונה בעולם, תצפית ישירה באור הנלכד בגביש פוטוני.

ד”ר קמינר הגיע לטכניון מ-MIT, וכדי לאפשר לו לנהל כאן את עבודתו הניסויית השקיע הטכניון כ-4 מיליון דולר ששימשו בין השאר לבנייתה של המערכת החדשנית. בהקשר זה אמר פרופ’ סיון לשר אלקין כי “הזירה האקדמית היא גלובלית, והטכניון נדרש להתמודד עם האוניברסיטאות הטובות בעולם. לשם כך עלינו להשקיע משאבים רבים, ולצערי אין כאן דרכי ביניים; אם אנו רוצים להחזיר לישראל את מיטב המוחות האקדמיים ולהימנות על האוניברסיטאות המובילות בעולם, עם מעבדות המחקר הטובות ביותר, אנו זקוקים לתשתיות המחקר המתקדמות ביותר בעולם.”

פרופ’ סיון הדגיש כי “למרבה הצער, בשעה שהתחרות האקדמית הגלובלית הולכת ומתעצמת, וממשלות בעולם מגדילות בהתמדה את השקעותיהן בפיתוח האקדמיה והמחקר, כאן בישראל ההשקעה הממשלתית בהקמת תשתיות מחקר זעומה.”

“כדי שמדינת ישראל תוכל להמשיך ולעמוד בחזית המחקר העולמי ולהבטיח את עתידה האקדמי והכלכלי עליה ליטול אחריות ולעצור את השחיקה ביכולות המחקר של המוסדות האקדמיים הישראליים מול מוסדות אחרים בעולם. לשם כך עליה להגדיל משמעותית את ההשקעה הכספית במחקר ולאמץ עמדה ידידותית יותר כלפי קליטה של חברי סגל וסטודנטים זרים.”

 

בהתייחס להתמודדות הטכניון עם התפשטות מגפת הקורונה אמר נשיא הטכניון כי “בעקבות התפשטות נגיף הקורונה נקלעו סטודנטים ועובדים בטכניון למצוקה כלכלית. עד כה חילק הטכניון הלוואות לסטודנטים בסכום מצטבר של כמעט 2 מיליון ש”ח והעניק פתרון דיור זמני לסטודנטים בתקופת הבחינות. רבים מחברי הסגל האקדמי הבכיר בטכניון תרמו בנדיבות לקרן הסולידריות, שצברה סכום מרשים וכבר העניקה יותר ממיליון ש”ח לעובדי הטכניון שנקלעו לקשיים עקב המצב הכלכלי הקשה. כ-50 מעבדות מחקר בטכניון התגייסו למאבק העולמי בהתפשטות המגפה מתוך מגוון גישות ואתגרים ובהם התוויית מדיניות, אבחון, העברת תרופות, טיפול מותאם אישית, בלימת מעגל ההדבקה והגנה על הצוותים הרפואיים.”

הסימולטור עוזר להבין את השפעת הגורמים השונים ולספק מידע על הצעדים העשויים לשנות את התמונה. מטרתו היא להנחות את מקבלי ההחלטות בבניית תמהיל נכון של צעדים בתקופת הקורונה, תוך הדגשת הנקודות הבאות:

• שקיפות מלאה: המודל המתמטי, הפרמטרים וכל התוצרים (כולל קוד התוכנה) פתוחים לציבור. כל אדם יכול להוריד את הסימולטור ולבחון את השפעת הפרמטרים השונים.
• זמינות: המודל נגיש בעזרת ממשק גרפי. לא נדרשת מומחיות או התקנת מוצר ייחודי כדי להפעיל את הסימולטור.
• בצוות הפיתוח חברים מתמטיקאים, אפידמיולוגים ומתכנני מדיניות. עם זאת, אין בצוות מומחים באפידמיולוגיה מתמטית.

הסימולטור שקוף מבחינת המודלים והנתונים, והוא זמין לשימוש הכלל. אנחנו מזמינים אתכם להתנסות בו, לבחון ולהשוות חלופות לניהול החיים בתקופת הקורונה.

הבהרה: סימולטור הקורונה מוגש כשירות לציבור לצרכים חיוניים ואקדמיים בלבד. כל שימוש בסימולטור הוא על אחריות המשתמש בלבד.

פרטים נוספים

הורדה והתקנה

מסקנות ראשונות

את הצוות מובילים חוקרי הטכניון פרופ’ ניר גביש מהפקולטה למתמטיקה ופרופ’ עמרי ברק מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט – שניהם חברים בתוכנית הבין-יחידתית למתמטיקה שימושית בטכניון, לצד פרופ’ תמי שוחט, ששרתה עד לאחרונה כראש המרכז לבקרת מחלות במשרד הבריאות, וד”ר גל אלון, ראש מיזם הקבינט האזרחי שהקים בעבר את מערך תכנון המדיניות בממשלה. עוד שותפים ד”ר לידיה פרס הרי מהפקולטה למתמטיקה, איתמר מנוחין – בוגר תוכנית טכניון רוטשילד למצוינים בטכניון וכיום סטודנט לתואר שני באוניברסיטת תל אביב, ליהיא פרידמן, מרצה ומנהלת תכנית המצטיינים באסטרטגיה וקבלת החלטות בבי”ס לאודר לממשל, דיפלומטיה ואסטרטגיה במרכז הבינתחומי הרצליה ואופק מושקט, סטודנט לתואר ראשון בתוכנית.

 

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-2 מתרחשת 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-2 הוא 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

למאמר שהתפרסם ב-ACS Nano  לחצו כאן

 

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 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 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 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

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.

קישורים למידע על התחרות:

https://tech.cornell.edu/news/open-studio-projects-highlight-innovation-problem-solving/

 

https://tech.cornell.edu/news/cornell-tech-announces-winners-of-2020-startup-awards/

 

https://openstudio2020.splashthat.com/

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.

 

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.”

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.

 

לצפייה בסרטונים המסבירים את המחקר:

[su_youtube url=”https://youtu.be/28Cih0Tx0tU” width=”700″ height=”200″ autoplay=”yes”]

[su_youtube url=”https://youtu.be/5RXniZWBTG8″ width=”700″ height=”200″ autoplay=”yes”]