פרופ' יאיר עין-אלי

פרופ' יאיר עין-אלי

הצורך הגובר בשימוש במקורות אנרגיה מתחדשים מציב אתגרים הנדסיים רבים ובהם אתגר האגירה. מאחר שמקורות אלה אינם יציבים על ציר הזמן – קרינת השמש אינה מגיעה לכדור הארץ כל שעות היום ואנרגיית הרוח אינה קבועה בעוצמתה – נדרשים פתרונות אחסון יעילים.

מעבר לסוגייה הסביבתית והאקלימית קיימים אתגרים טכנולוגיים רבים, למשל בהנעת  כלי רכב חשמליים. מצברים חזקים וארוכי טווח הם משאלה שעדיין לא התגשמה, וכיום מבוססים המצברים האלה ברובם על סוללות ליתיום-יון המאופיינות במחיר גבוה ובהשלכות סביבתיות שליליות. על רקע זה נערכים בעשורים האחרונים מחקרים רבים שנועדו לפתח סוללות המבוססות על רכיבים זולים וזמינים יותר כגון מגנזיום, סידן, אלומיניום ואבץ.

זהו הרקע למחקרים הנערכים במעבדתו של פרופ' יאיר עין-אלי מהטכניון בנושא סוללות מבוססות סיליקון. פרופ' עין אלי הוא חבר סגל בהפקולטה למדע והנדסה של חומרים וחבר ב-GTEP, תוכנית האנרגיה ע"ש גרנד בטכניון.

סיליקון הוא היסוד הנפוץ ביותר בקרום כדור הארץ מלבד חמצן ולכן הוא זמין וזול. יתרה מכך, הוא מאופיין ביציבות ובצפיפות אנרגיה גבוהה – מאפיינים ההופכים אותו לחומר מתאים לסוללות.

הדוקטורנט אלון אפשטיין

הדוקטורנט אלון אפשטיין

המחקר בנושא זה במעבדת עין אלי החל כבר בשנת 2009 וכבר הניב פיתוח של סוללות סיליקון-אוויר. כעת מפרסמת קבוצת המחקר בראשות פרופ' עין אלי פריצת דרך חדשה: סוללות נטענות על בסיס סיליקון, ללא ליתיום. את המחקר שהתפרסם ב-Advanced Energy Materials הובילו הדוקטורנט אלון אפשטיין מהצד הניסויי וד"ר איגור בסקין מהצד התיאורטי והשתתף בו פרופ' מתי סאס מהפקולטה להנדסת מכונות.

צוות המחקר הראה כיצד הסיליקון מתמוסס בעת פריקת הסוללה ומשוקע בחזרה בעת הטעינה באופן המאפשר פריקה וטעינה לסירוגין. בניסויים שנערכו במעבדה הצליחו החוקרים להדגים מספר סבבים של פריקה-טעינה, והם מעריכים כי שיפור התכן יוביל להגדלת מספר הסבבים והנצילות האנרגטית. לדברי פרופ' עין אלי, "הוכחת היתכנות זו עשויה לסלול דרך לקראת סוללות נטענות משופרות, וכך להאיץ את פיתוחם של מצברים יעילים לאגירת אנרגיה."

המחקר נתמך על ידי המועצה להשכלה גבוהה והקרן הלאומית למדע, התוכנית הלאומית לתחליפי דלקים, משרד הקליטה והעליה, מאגד מלא"ך (INREP) ותוכנית האנרגיה ע"ש גרנד בטכניון.

לקריאת המאמר – לחצו כאן

איור של סוללת הסיליקון

איור של סוללת הסיליקון

קרדיט: מרכז מדעני העתיד

קרדיט: מרכז מדעני העתיד

ברכות לארבעת חברי המשלחת הישראלית בכימיה על הישגיהם המרשימים באולימפיאדה הבין-לאומית בכימיה (IChO) שהתקיימה גם השנה ​באופן וירטואלי בטְיֵנְגִ'ין, סין. השנה השתתפו באולימפיאדה משלחות של 4 תלמידים מ-83 מדינות במתכונת וירטואלית.

נציגי המשלחת הישראלית, שנבחרו מתוך אלפי מועמדים, סיימו את האולימפיאדה עם ארבע מדליות:

  • במדלית זהב זכה ניר כהן, תלמיד כיתה י"ב בגימנסיה הריאלית ראשון לציון;
  • במדליית כסף זכה נטע דוד אייגר, תלמיד כיתה י"א מבית הספר שק"ד דרכא – עמק המעיינות;
  • במדליות ארד זכו טל ששון, תלמיד כיתה י"ב מבית הספר גבעול, חדרה, ושון חנץ, תלמיד כיתה י"א מבית הספר קרית חינוך ע"ש רבין – גן יבנה.

האולימפיאדה הבין-לאומית בכימיה מתקיימת כבר 54 שנה. ישראל הצטרפה אליה בשנת 2006 ומאז מתקיימים אימוני הנבחרת הישראלית בטכניון. בשנים האחרונות פועל הפרויקט כמיזם משותף של משרד החינוך ושל מרכז מדעני העתיד לקידום מחוננים ומצטיינים של קרן מיימונידיס. הישגיהם של חברי נבחרת ישראל משתפרים משנה לשנה אף שרמת המבחנים נמצאת בעלייה מתמדת.

ניר כהן

ניר כהן

המשלחת הישראלית לאולימפיאדות הבין-לאומיות בכימיה התאמנה במהלך השנה בטכניון בהובלת פרופ' זאב גרוס, ראש תוכניות הנוער בפקולטה לכימיה, וד"ר איזנה ניגל-אטינגר, המאמנת הראשית של המשלחת. בהכשרת המשלחת השתתפו אסף מעודה (זוכה מדליות זהב באולימפיאדות עבר), הדוקטורנט אלכס קורונטוב, מהנדסת המעבדה גבריאלה הלוי והמלווה המנטלית של המשלחת דגן אשש.

לדברי פרופ' זאב גרוס, ראש תוכניות הנוער בפקולטה לכימיה ע"ש שוליך בטכניון, "האולימפיאדה הבין-לאומית בכימיה מסכמת שנה אינטנסיבית של מיונים ואימונים. המגפה העולמית מציבה אתגרים נוספים על המשתתפים, אבל לשמחתי זכו חברי המשלחת להשתתף השנה סוף סוף גם בתחרות פרונטאלית שכללה מבחן מעשי והוכיחו לעצמם ולנו שהשקעה מניבה פירות! התלמידים הישראלים חרוצים ומוכשרים, והאולימפיאדה היא עבורם הזדמנות להפגין יכולות אקדמיות גבוהות ולרכוש ניסיון לקראת השתלבותם בעולם האקדמי. אני מברך בחום רב את הזוכים ואת בני משפחותיהם על ההישגים המרשימים בשתי התחרויות הבין-לאומיות.

בחודש מאי השתתפה המשלחת הישראלית, בהרכב מעט אחר, באולימפיאדת מנדלייב בכימיה בהשתתפות 25 מדינות שהגיעו לטשקנט, אוזבקיסטן. באותה אולימפיאדה זכה ניר כהן במדליית זהב, ובמדליות ארד זכו טל ששון, שון חנץ וליאורה קרני, תלמידת י"ב בבית הספר ע"ש יצחק רבין, מודיעין מכבים רעות.

נטע דוד אייגר

נטע דוד אייגר

שרת החינוך, ד"ר יפעת שאשא ביטון: ״ברכות חמות לחברות וחברי נבחרות ישראל במדעים, שהגיעו להישגים יוצאי דופן והביאו כבוד גדול למדינת ישראל באולימפיאדת הפיזיקה, המתמטיקה, הביולוגיה והכימיה. אני בטוחה שעוד נכונו להם גדולות, ושבעוד מספר שנים הם יהיו חלק משדרת המדענים שיהוו את חוד החנית של המדע הישראלי״.

ד"ר שמשון שושני, יו"ר מרכז מדעני העתיד: "הישגי נבחרות ישראל במדעים הם חגיגה לאומית למערכת החינוך הישראלית ולמדינת ישראל כולה. הישגים שהם פרי של נחישות, השקעה, התמדה ומאמץ ומעידים על כישרון אדיר ויכולות גבוהות של חברות וחברי נבחרות ישראל למול הנבחרות מרחבי העולם. אנו גאים מאוד בתלמידות ובתלמידי הנבחרות ואנו משוכנעים, כי הם ימשיכו להגיע להישגים פורצי דרך ויהיו חלק משמעותי בעיצוב פני העתיד של מדינת ישראל ויטביעו את חותמם בתחומי החיים השונים. מרכז מדעני העתיד ימשיך לפעול בשותפות עם משרד החינוך והמוסדות האקדמיים להובלת ההכשרה המתקדמת ביותר ובהענקת הכלים האיכותיים ביותר לתלמידות ותלמידי ישראל".

 

פרופ' עדו קמינר מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע"ש ויטרבי בטכניון הוא אחד מעשרת הזוכים, והישראלי היחיד, ב-Schmidt Science Polymaths award לשנת 2022.

פרופ' עדו קמינר

פרופ' עדו קמינר

הפרס נועד לטפח חוקרים צעירים שכבר הציגו הישגים יוצאי דופן ומפגינים כיום נכונות לקחת סיכונים בכיווני מחקר חדשים, חוצי דיסציפלינות. לאור המוטו "אנשים יוצאי דופן משפרים את העולם" הוא מספק לחוקרים חירות לבחון רעיונות נועזים ופורצי דרך, בעיקר כאלה שאינם צפויים לקבל תמיכה כלכלית אחרת בשל הסיכון הטמון בהם.
"פרס Polymath מעודד סקרנות, יצירתיות וחדשנות," אמר פרופ' קמינר. "הפרס ייתן רוח גבית למחקרים שאנו מובילים ויעזור לנו למתוח את גבולות המדע, להשיג גילויים חדשים בפרויקטים פורצי דרך ולייצר אימפקט מדעי משמעותי. אני שמח וגאה בבחירה ובאמון שניתן בי ובקבוצת המחקר שלנו."
את הפרס, בשווי פרס של 2.5 מיליון דולר לכל חוקר, מעניקה הקרן הפילנתרופית Schmidt Futures שייסדו מנכ"ל גוגל לשעבר אריק שמידט ורעייתו וונדי שמידט. על פי הודעת הקרן, "פרופ' קמינר יפתח אלגוריתמים המחקים את היצירתיות האנושית. בהשראת ניסיונו כפיזיקאי ניסויי, תחום שבו תוצאות מפתיעות מניעות תגליות ומעוררות יצירתיות, הוא יפעל לפיתוח כלים מחקריים מבוססי AI לסלילת נתיבים חדשים בפיזיקה בסיסית ובמתמטיקה".
פרופ' קמינר השלים את כל תאריו האקדמיים בטכניון: תואר ראשון כפול בהנדסת חשמל ובפיזיקה ותואר שני ודוקטורט בפקולטה לפיזיקה בהנחיית פרופ'-מחקר מוטי שגב. ב-2018, לאחר פוסט־דוקטורט ב-MIT הוא הצטרף לסגל הפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע"ש ויטרבי והקים בה את מעבדת AdQuanta. המעבדה מריצה ניסויים בחזית המחקר תוך שימוש במיקרוסקופ ייחודי המשלב אלקטרונים ולייזרים, הנבנה בזכות תמיכתם הנדיבה של רוברט ורות מגיד.
מעבדת AdQuanta מפתחת שיטות תאורטיות וניסוייות ומשלבת מחקר בסיסי ויישומי, וכבר הציגה כמה תרומות משמעותיות בתחומים מגוונים ובהם טכנולוגיות קוונטיות, אינטראקציית אור-חומר, מיקרוסקופיית אלקטרוניים, ננו-פוטוניקה ושימוש ב-AI במתמטיקה.
פרופ' קמינר הוא גם חבר במכון לננוטכנולוגיה ע"ש ראסל ברי (RBNI) ובמרכז הקוונטום ע"ש הלן דילר.

להודעה על הפרס

ברקת חדד התחתנה בגיל 18, ולאחר לידת בנה הראשון ההמשך נראה לה ברור: לימודי הוראת אנגלית במכללה דתית. היא גדלה בקהילה חרדית, סיימה את התיכון עם בגרות מלאה וגילתה שהיא טובה באנגלית.

אבל ערב אחד, בהליכה לחברים בחיפה, עצר אותה בעלה ואמר: "תראי, ברקת, יש פה משהו מעניין. תרשמי מספר." זאת הייתה פרסומת לבנות בוגרות בית הספר "בית יעקב" שרוצות להגשים חלום וללמוד תואר בטכניון.

ברקת חדד

 ברקת חדד

"זאת הייתה אפשרות שלא העליתי בדעתי,"  אומרת ברקת בראיון ימים ספורים לאחר קבלת תעודת התואר הראשון בטכניון. "הגעתי מחינוך חרדי ומעולם לא חשבתי שלימודים בטכניון הן אופציה עבורי. ובכל זאת התקשרתי וגיליתי שיש מקום במכינה המיוחדת לנשים חרדיות בטכניון."

ברקת גדלה בעיר אלעד. "בבית שלי, הלימודים היו במרכז – לימודי חול לבנות, לימודי קודש לבנים. כשהחלטתי ללמוד ל-5 יחידות אנגלית הייתי צריכה אישור מיוחד, ויחד עם עוד ארבע בנות ניגשתי לבגרות ועברתי. רציתי גם 5 יחידות מתמטיקה, אבל לזה לא היה אישור ונאלצתי להסתפק ב-3. לכן המכינה פתחה לפניי אפשרות בלתי צפויה."

עם תחילת המכינה בטכניון הרגישה ברקת שחזרה למקום הטבעי שלה – לימודים עם בנות נוספות. "לא שהיה קל. הרמה גבוהה והלימודים אינטנסיביים מאוד, אבל כבר בתחילת הדרך הרגשתי יד עליונה שמלווה אותי. המרצות במכינה היו פשוט מעולות ועשו הכול כדי שנצליח. התעקשתי להבין כל פרט ופרט, ודלתן הייתה פתוחה תמיד, גם מעבר לשעות הלימודים."

ואז – היריון שני. "אני זוכרת את עצמי נלחמת על הלימודים. זה קשה ומאתגר. ישבתי על החומר לילות כימים, ולשמחתי עמד לצידי מנהל המכינה דאז מולי דותן שדאג לי לכל עזרה אפשרית, כולל חונכות בטכניון ומחוץ לטכניון, כל דבר שיעזור לי לסיים את המכינה." ללא העזרה של מולי לא הייתי מצליחה לסיים את המכינה. ברקת סיימה את המכינה בהצלחה, וימים ספורים לאחר מכן ילדה את בנה השני. כעת הייתה מוכנה להפוך לסטודנטית מן המניין בטכניון, כשהיא מחוזקת מההצלחה במכינה.

ברקת בחרה בפקולטה להנדסת תעשייה וניהול – וקפצה למים. המסלול היה ברור לי, אבל ידעתי שהדרך עוד קשה. עצם הישיבה בכיתה מעורבת, בין גברים ונשים – זאת חוויה מאוד חדשה עבור אישה מרקע חרדי. אבל למדתי שכדי להצליח אתה חייב שותפים, והמשימה היא לימודים ולא שום דבר אחר, אז למה לא? בסופו של דבר זה היה בשבילי שיעור חשוב."

ברקת בחרה ככל שיכלה בקורסים בתחום הייצור. "זה תחום שסקרן אותי עוד מהבית, כי אבא שלי היה איש מכירות בחברות שמפתחות ומייצרות, ולכן ייצור היה נוכח בחיים שלי כשגדלתי. כשמוסיפים על זה את האהבה שלי לתקשורת עם אנשים, זיהוי בעיות, ניתוח מצבים, יצירת פתרונות – מקבלים את "מסלול ייצור ושירות" בפקולטה." כך היא הלכה והעמיקה בנושאים שונים ובהם איכות פריון ותחזוקה, הנדסת איכות, אירועים בהנדסת תעשייה, הנדסת מערכות שירות ותכן מערכות ייצור.

"ברמה האישית, הלימודים בטכניון היו רכבת הרים. התחלתי את הסמסטר הראשון בהתלהבות. בהתחלה הכל זורם, הכל טרי בראש מהמכינה, אבל ככל שהשבועות עוברים האינטנסיביות גוברת ואיתה גם העומס. בשלב מסוים אני מבינה שאני לא בקצב, מתחילה לפגר בהגשות, אבל ממשיכה, ניגשת למועדי א…"

ברקת חדד

 ברקת חדד

ואז, בבת אחת – נכשל, נכשל ועוד נכשל. "בשלב הזה, רגע לפני שצריך להירשם לסמסטר ב', אני נשברת. אני ובעלי מבינים שאולי טעינו והגזמנו, אולי זה לא בשבילי. בבוקר אנחנו מפזרים את הילדים ויושבים על ספסל, שבורים, מנסים לקבל החלטה. באותה תקופה גרנו במעונות הטכניון והיה ברור שהפסקת הלימודים פירושה עזיבת המעונות – ואיך נצליח להסתדר?"

ברקת מחליטה על הפסקה של סמסטר לחשיבה ולהתארגנות, ובסוף התקופה שבה ללימודים. "הבנתי שהחיים חישלו אותי כמו שצריך, וכעת חזרתי כמו גדולה לסמסטר חורף – הסמסטר השני שלי בטכניון." כאן נכנסה לתמונה היועצת גלית אייזיק מהמרכז לייעוץ ותמיכה בסטודנטים שליוותה את ברקת לאורך הסמסטר, וברקת עוברת הפעם את כל מועדי א', בלי צורך במועדי ב'. "הרגשתי על הגג. זה נתן לי כוח להמשך."

את פרויקט הגמר, שהתפרס על שנה אקדמית שלמה, ערכה בשטראוס בהנחיית דותן רודנסקי, מרצה בפקולטה ומנכ"ל חברת היעוץ GROUP  P&IE. רודנסקי עבד עם המרכז לחדשנות ויזמות בטכניון, ולכן הפרויקט היה מורכב משני צוותים – הצוות של הנדסת תעשייה וניהול וצוות של ארבעה סטודנטים מהפקולטה למדעי המחשב ע"ש טאוב, שתרם פתרונות מעולם הבינה המלאכותית. "ההנחיה של דותן סייעה לי להגיש פרויקט מעולה שבסיומו הגשנו תוצר משמעותי שיסייע לאנשי המצוינות בשטראוס."

לסיכום, היא אומרת, "המאמץ היה שווה, בלי שום ספק. כיום אני רואה שמה שאומרים עלינו, בוגרי הטכניון, נכון: אנחנו בולטים, אנחנו מצוידים במכלול הכישורים הרלוונטיים לתעשייה. כיום אני כבר בתפקיד שני בתעשייה ואני יכולה להיכנס במהירות לתפקיד, לעבוד ברצפת הייצור הכי מורכבת עם פסי הייצור המתקדמים ביותר. היכולות שרכשתי בטכניון – חשיבה, ניתוח, גישה מערכתית – באות לידי ביטוי בשטח."

כמעט שכחנו – ברקת סיימה את התואר עם ילד נוסף, כלומר שלושה סך הכול, ובל נשכח שבדרך היו גם לימודים בזום, עם ילדים על הידיים. "כל זה חייב אותי לשכלל ולשפר את ניהול הזמן ואת תכנון המשימות. צריך לזכור גם שאני שומרת שבת, כך שעליי להיות הרבה יותר יעילה במהלך השבוע. בסופו של דבר אני חושבת שהשבת אפשרה לי לשרוד את שאר השבוע. למדתי להתנהל ביום-יום – לדעת לבקש עזרה, להתייעץ, לשאול אפילו מאה פעמים עד שמבינים באמת, להגיש את העבודות מוקדם, לחשוב שני צעדים קדימה."

האמונה שלה ביד המכוונת מלמעלה אפשרה להתגבר על הכל.  "זאת אמונה שנותנת כוח עצום להתגבר על מכשולים קטנים וגדולים." אין לה ספק שלא היה לה סיכוי לצלוח את התואר בלי העזרה העצומה מבעלה, אברך וסופר סת"ם, שלקח על עצמו את רוב הטיפול בילדים. "בתקופה הזאת הוא גם למד למבחני הסמכה מטעם הרבנות הראשית, ולשמחתי סיים אותם בהצלחה ממש יחד איתי."

העתיד הקרוב ברור לה למדי. "אין לי ספק שאשתלב בתפקיד בכיר במחלקת מצוינות תפעולית במפעל גדול כמו שטראוס, בחברה גדולה או בחברת ייעוץ מובילה. תהיה לי חגורה שחורה בהכשרה של מצוינות ואשתלב בפרויקטים שמגיעים עד רמת המנכ"ל."

הטכניון, לדבריה, הוא "אוניברסיטה יוצאת דופן מבחינת הנתינה והתמיכה. אני תמיד מזכירה לעצמי שלא משנה כמה נותנים לנו ומה נותנים לנו, בסופו של דבר אלה אנחנו, הסטודנטים והבוגרים, צריכים לעמוד באתגרים בעצמנו. אף אחד לא ייבחן במקומי ואף אחד לא יתראיין במקומי.  ועדיין – העזרה הייתה ועודנה חיונית. המגורים במעונות היו קריטיים גם מבחינה כלכלית וגם מבחינת הקירבה לפקולטה. המלגות, שבהן קיבלתי סיוע עצום מנעמה דרור מלשכת דיקנית הסטודנטים, סייעו לי מאוד. המרצים והמרצות, המתרגלים והמתרגלות, הקדישו מזמנם הרבה מעבר להגדרות הפורמליות. ולבסוף – איריס מושקוביץ, שזכינו לה בזכות מולי והטכניון. איריס, מומחית לתקשורת עסקית ובהצלחה בקריירה, נותנת לנו גם אחרי תום הלימודים שירות VIP בליווי במציאת עבודה, קורות חיים, הכנה לראיונות, ליווי בכניסה לתפקיד ומיומנויות לינקדאין, והכול במקצועיות יוצאת דופן. זו עזרה עצומה."

"ברקת גילתה נחישות, דבקות במטרה ויכולת התמודדות ראויות לציון," אומר מולי דותן, יועץ תכנית החרדים בטכניון. "לאורך תקופת הלימודים היא חוותה כמה משברים אך הצליחה להתרומם ולהתגבר עליהם, לעמוד בכל המשימות ולסיים את הלימודים בצורה מעוררת כבוד גם כבעלת משפחה ואם לשלושה ילדים. היא סיימה כבוגרת הטכניון ועל כך מגיעות לה כל המחמאות." לדבריו, "יותר ויותר בנות חרדיות מגלות כיום עניין בלימודי הנדסה ורפואה בטכניון. הן מתקבלות בתהליך קבלה רגיל, בדומה לכל סטודנט אחר, על פי ציון הסכם  (ממוצע בגרות וציון פסיכומטרי). חלק מהסטודנטיות החרדיות פונות ללימודי רפואה וחלק לפקולטות האחרות."

כיום לומדים בטכניון כ-100 גברים חרדים וכ-20 נשים חרדיות. ברקת היא אחת החלוצות, והיא מקווה להשפיע על בנות הקהילה החרדית ולפחות לפתוח בפניהן את האפשרות ללמוד הנדסה, מדע ורפואה בטכניון.

פרופ' בני פודבילביץ והדוקטורנטית שיאוהוי לי

תהליך הרבייה המינית, המוכר לנו מהמין האנושי וכן מבעלי חיים אחרים וצמחים, מצריך איחוי בין זרע וביצית. הופעתה של הרבייה המינית מתוארכת בדרך כלל לפני כ-1-2 מיליארד שנה, אולם חוקרים מהטכניון ומחו"ל מעלים כעת השערה כי המנגנונים המאפשרים את האיחוי בין זרע לביצית הופיעו כבר לפני 3 מיליארד שנים.

את המחקר בנושא, שהתפרסם ב-Nature Communications, הובילו פרופ' בני פודבילביץ והדוקטורנטית שיאוהוי לי מהפקולטה לביולוגיה בטכניון עם חוקרים משווייץ, אורוגוואי, שוודיה, צרפת, בריטניה וארגנטינה.

ברבייה מינית, כל תא זוויג (זרע או ביצית) מכיל חצי מהמידע הגנטי הדרוש ליצירת צאצא; האיחוי בין הזרע לביצית מסמן את תחילת ההתפתחות העוברית. תהליך זה מבוקר בקפידה, מאחר ששיבושים בו – למשל איחוי כמה תאי זרע עם ביצית אחת – עלולים להיות הרי גורל. לכן התפתחו באבולוציה חלבונים ייעודיים הנקראים פוזוגנים (fusogens), הנמצאים על הקרום של תא הזוויג בזמן ובמקום הנכונים כדי לאפשר מיזוג תקין.

מעבדתו של פרופ' בנימין פודבילביץ מהפקולטה לביולוגיה חוקרת פוזוגנים ממגוון אורגניזמים. לאחר שחקרה ופענחה חלבוני איחוי בנמטודות (חלבוני EFF-1 וAFF-1) היא פענחה את המקבילה שלהם בצמחים (GCS1/ HAP2). כך התברר כי מגוון רחב של אורגניזמים נעזר בפוזוגנים החולקים מבנה מרחבי דומה מאוד. משפחה זו של חלבוני איחוי זכתה לשם פוסקסינים (Fusexins) והיא כוללת נציגים שמקורם גם בנגיפים, חיות ויצורים חד-תאיים.

קבוצת המחקר מהטכניון, מימין לשמאל: פרופ' בנימין פודבילביץ, קטרינה פליאק, קלרי ולנסי, שיאוהוי לי וד"ר ניקולס ברוקמן

קבוצת המחקר מהטכניון, מימין לשמאל: פרופ' בנימין פודבילביץ, קטרינה פליאק, קלרי ולנסי, שיאוהוי לי וד"ר ניקולס ברוקמן

כדי לאפיין את מקור הפוזוגנים השייכים למשפחת הפוסקסינים ערכו עמיתיו של פרופ' פודבילביץ, דויד מוי (David Moi) וצוות חוקרים משותף מארגנטינה ומשוויץ, סריקה של רצפים גנטיים שנדגמו ממגוון מקורות ובכללם אדמה, מי תהום, אגמי מלח וקרקעית הים. החוקרים גילו ברצף שמקורו בארכיאה (Archaea) מאפיינים שרמזו לדמיון עם רצפים גנטיים השייכים לחלבוני איחוי מוכרים. הם כינו את הרצף הגנטי fusexin1 (fsx1). צוות מומחה בראשות פבלו אגילר (Pablo Aguilar), הקטור רומרו (Héctor Romero) ומרטין גראנה (Martin Graña) אישרו כי מדובר במקטע מארכיאון, והעריכו כי  fsx1שייך לשושלת אבולוציונית שמקורה לפני כ3- מיליארד שנים. עם זאת, נותרו השאלות הבאות: האם אכן מדובר ברצף היוצר חלבון, האם מבנהו דומה לפוזוגנים ממשפחת הפוסקסינים, והאם הוא מסוגל לתפקד באיחוי תאי?

בכדי לקבוע את המבנה של החלבון Fsx1, שונסוקה נישיו (Shunsuke Nishio) ממכון קרולינסקה בשוודיה השתמש בשיטות קריסטלוגרפיות כדי לנתח את הסידור המרחבי של החלבון Fsx1 והראה כי הקיפול התלת-ממדי שלו מכיל שלושה חלקים מבניים המזכירים במידה רבה חלבונים השייכים למשפחת הפוסקסינים. למרבה ההפתעה, Fsx1 כולל אלמנט רביעי שלא מצוי בשום פוזוגן מוכר. פרופ' לוקה יובינה (Luca Jovine), שסייע בפענוח המבנה הקריסטלוגרפי, נעזר בתוכנת בינה מלאכותית חדשנית שפורסמה לאחרונה (AlphaFold2) כדי לאשר את המודל המרחבי שהתקבל.

כדי להוכיח כי  Fsx1, שמקורו בארכיאון, הוא אכן חלבון איחוי תאי, ערכה הדוקטורנטית שיאוהוי לי ממעבדת פודבילביץ ניסוי ובו ביטאה את החלבון Fsx1  במערכת תאים שמקורה ביונקים. בשיתוף פעולה עם מנהלת המעבדה קלרי ולנסי וחברי המעבדה ד"ר ניקולס ברוקמן וקטרינה פליאק הראתה לי כי אכן, החלבון מסוגל להביא למיזוג בין תאים אשר באופן רגיל אינם מתאחים כלל. מסקנה זו מעידה על כך שארכיאונים אכן מצוידים בחלבון האיחוי התאי הקדום ביותר המאופיין כיום.

באיור של פרופ' לוקה יובינה (Luca Jovine) ממכון קרולינסקה מופיע המבנה של Fsx1 (מימין) שפוענח על ידי החוקרים. המבנה שייך לארכיאון שמקורו בסביבת מים בעלת מליחות גבוהה (מיוצג במלח משמאל)

באיור של פרופ' לוקה יובינה (Luca Jovine) ממכון קרולינסקה מופיע המבנה של Fsx1 (מימין) שפוענח על ידי החוקרים. המבנה שייך לארכיאון שמקורו בסביבת מים בעלת מליחות גבוהה (מיוצג במלח משמאל)

חלבוני איחוי ממשפחת הפוסקסינים משחקים תפקיד כפול מבחינה אבולוציונית בשתי קבוצות שונות מאוד בעולם החי. בנגיפים הם מתווכים את חדירת הנגיף אל התא המארח (כך פועל גם נגיף הקורונה), ואילו באאוקריוטים (בעלי גרעין) – צמחים, נמטודות ופרוטיסטים (יצורים חד תאיים) – הם משחקים תפקיד ביצירת רקמות, בתיקון רקמות עצב וכן באיחוי תאי זוויג.

מה קדם למה? האם פוזוגן המשמש לרבייה מינית 'נחטף' על ידי נגיף, או שחלבון נגיפי המשמש להדבקה 'אומץ' על ידי צמחים? מחקרם של מוי (Moi), נישיו (Nishio), לי ואחרים מעלה תרחיש שלישי אפשרי – מקורם של כל הפוסקסינים הוא בארכיאה, ומהם התפצלו החלבונים למגוון תפקידים התפתחותיים, החל בהדבקה נגיפית וכלה באיחוי בין זרע וביצית, מיליארד שנים לפני הרבייה המינית המוכרת לנו כיום.

המחקר נתמך על ידי תוכנית Horizon 2020 של האיחוד האירופי, מענק מרי קירי, קרן המדע הלאומית ועוד. חלק מהאנליזה של הדגימות נערכה במתקן האירופי לקרינת סינכרוטרון (ESRF).

למאמר:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31564-1

בשנת 2018 העניק טכניון לגב' ספרא תואר דוקטור לשם כבוד "בהוקרה על תרומותיה הנדיבות למטרות רבות חשיבות ולמוסדות רבים בישראל וברחבי העולם; על תמיכתה העצומה בקרן אייסף – הקרן הבינלאומית לחינוך – שסייעה לאלפי סטודנטים בישראל כולה, לרבות מאות סטודנטים בטכניון; על תמיכתה הנדיבה בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון ועל מסירותה, המעניקה השראה לרבים."

יהי זכרה ברוך.

לקריאת הכתבה להענקת תואר דוקטור לשם כבוד – לחצו כאן

השנה התקיימה בטכניון, זו הפעם השנייה, פעילות ייחודית במסגרת שני קורסי מתמטיקה של הסמסטר הראשון – אינפי 1 ואינפי 1מ׳. בפעילות השתתפו כ-100 קבוצות של 6-5 סטודנטים משני הקורסים. כל קבוצה תכננה חדר בריחה וירטואלי שבו כל החידות והרמזים מבוססים על התוכן המתמטי של הקורסים, ומימשה את חדר הבריחה במשחק הרשת מיינקראפט. את הפעילות, שמטרתה לשלב בין למידה פעילה לחוויה חברתית וכיפית, יזם ומוביל ד"ר אביב צנזור מהפקולטה למתמטיקה.

בתמונה, מימין לשמאל: ד"ר אביב צנזור וחברי "גבול מרק" שזכו במקום הראשון - יונתן רשף, גיא סודאי, אייל גורן, דניאל חמצני, מקסים ויינר ויואב סהר. בחזית: הכלב ג'ורג'י

בתמונה, מימין לשמאל: ד"ר אביב צנזור וחברי "גבול מרק" שזכו במקום הראשון – יונתן רשף, גיא סודאי, אייל גורן, דניאל חמצני, מקסים ויינר ויואב סהר. בחזית: הכלב ג'ורג'י

שיאה של הפעילות היה באירוע מימוש חדרי הבריחה. מעבר ליצירתיות, להומור,  ולשליטה באינפי שנדרשו כדי להמציא את החידות המתמטיות ואת מתווה חדר הבריחה, נדרשו הסטודנטים לכישורים של עבודת צוות ותקשורת בין-אישית, כאשר הדמויות הווירטואליות (האווטארים) של חברי כל קבוצה פעלו בו זמנית באותו עולם מיינקראפט וירטואלי. הפרויקט התקיים בשיתוף חברת Microsoft, מפעילת הגירסה החינוכית של משחק הרשת מיינקראפט, וחברת TopEdu  שהפעילה את השרתים בהם עבדו הקבוצות וסיפקה תמיכה טכנית.

בהמשך, הסטודנטים משני הקורסים שיחקו וניסו לפתור את חדרי הבריחה ובחרו את החדרים המוצלחים ביותר. הקבוצות הזוכות הוכרזו לאחרונה. במקום הראשון זכתה הקבוצה "גבול מרק" של הסטודנטים אייל גורן, מקסים ויינר, יואב סהר, גיא סודאי, דניאל חמצני ויונתן רשף. לדברי הסטודנטים, "התחרות הייתה דרך יצירתית ומעניינת לעבור מחדש על חומר הקורס ולהטמיע אותו. הצורך לחבר בעצמנו את החידות פתח בפנינו נקודת מבט חדשה על הקורס שלא היינו מקבלים בלי התחרות. בנוסף, בניית החדר וההשתתפות בתחרות הייתה מהנה מאוד והיוותה הפוגה מהעומס האקדמי".

במקום השני זכתה הקבוצה "ממוצעים ללא גבולות" שבה חברים גפן פוסטלניק, יונתן הבר-אפק, ניצן מנור, עינב מורילס, סער מנשרוב ואנה זבין. במקום השלישי זכו חברי "טוניז מונוטוניז", יותם צברי, אנטוני סלבין, נועם גולדנשטיין, עמית וייסמן, אלעד-רפאל הלל ואמיר לבני.

בהפקת הפעילות השתתפה המרצה ד״ר מיכל קליינשטרן, נציגי הסטודנטים סרגיי חורף מאינפי 1מ׳ ואווה פולוליאחוב מאינפי 1, מאיה שפיגלמן, אחראית קשרי חוץ של הפקולטה למתמטיקה, ואלמוג צנזור, שבנה את עולם המיינקראפט שבו עוצבו חדרי הבריחה. הפרסים לקבוצה המנצחת היו מתנת בית הספר ללימודי הסמכה בטכניון, ושרתי המיינקראפט מומנו על ידי הפקולטה למתמטיקה בטכניון.

סרטון חדר הבריחה הוירטואלי שעיצבה הקבוצה הזוכה:

פרופ' ואדים אינדלמן

פרופ' ואדים אינדלמן

מחקר שנערך בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל בטכניון והתפרסם בכתב העת הבין-לאומי למחקר רובוטיקה (International Journal of Robotics Research) מציג פריצת דרך תאורטית וחישובית בהקשר זה: הפשטה של בעיות תכנון וקבלת החלטות תחת אי-ודאות באופן המצמצם את כמות הנתונים שהמחשב נדרש לנתח. את המחקר הובילו פרופ' ואדים אינדלמן ראש המעבדה לניווט אוטונומי וחישת עולם (ANPL) בפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל, וחן אלימלך, שסיים לאחרונה דוקטורט בתוכנית הטכניונית למערכות אוטונומיות (TASP). "אנחנו מראים שביכולתנו לצמצם באופן משמעותי את כוח החישוב הנדרש בלי לפגוע בהצלחה בביצוע המשימה," מסבירים השניים. "יתרה מזאת, אנחנו מראים כי אפשר לצמצם את המאמץ החישובי אפילו עוד יותר תמורת פגיעה מסוימת אפשרית בביצועים – פגיעה שהגישה שלנו יכולה להעריך באופן מקוון. בעידן של מכוניות אוטונומיות ורובוטים אחרים זוהי גישה שעשויה לאפשר קבלת החלטות אוטונומית מקוונת בתרחישים מאתגרים, לצמצם זמני תגובה ולחסוך עלויות ניכרות בחומרה ובמשאבים אחרים."

המחקר של פרופ' אינדלמן עוסק בקבלת החלטות אוטונומית בתנאי אי-ודאות – בעיה בסיסית בבינה מלאכותית וברובוטיקה. יכולת זו חיונית במיוחד עבור סוכנים (agents) אוטונומיים הנדרשים לפעול באופן אוטונומי ומהימן לאורך זמן, בתנאי אי ודאות ובסביבה משתנה. יתרה מזאת, במקרים רבים אין לסוכן גישה ישירה למשתני המצב של הבעיה והוא פועל על סמך התפלגות הסתברותית או אמונה (belief). התפלגות זאת מבטאת את הידע שיש לסוכן על עצמו ועל סביבתו בהתבסס על מודלים הסתברותיים, פעולות שבוצעו ומדידות שהתקבלו מחיישנים שברשותו.

חן אלימלך

 חן אלימלך

אחד מכיווני המחקר המרכזיים בקבוצת המחקר של פרופ' אינדלמן הוא קבלת החלטות מקוונת ואמינה בתנאים אלה. בעיה זאת נקראת גם "תכנון במרחב האמונה" (belief space planning). פתרון בעיה זו, כלומר חישוב מכלול הפעולות המיטביות להשגת המטרה, מצריך אומדן של הפעולות הפוטנציאליות תחת פונקציית תגמול או מחיר כלשהי כגון מרחק אל היעד או מדד לאי-ודאות. ראוי לציין שאתגר זה מחייב לחזות איך האמונה תתפתח בעתיד עבור פעולות אפשריות שונות תוך ניבוי תרחישים שונים של העתיד. על כן, קבלת החלטות בתנאים אלו היא יקרה חישובית, דבר המאתגר פעולה אוטונומית של סוכנים חכמים בזמן אמת. יתרה מזאת, בבעיות בהן ישנם הרבה משתני מצב (למשל, כאשר הסביבה משתנה או לא ידועה מראש) האתגר החישובי מחריף אף יותר. כאמור, לכל אלה נוספים השיקול הכלכלי ואילוצי זמן וכושר חישוב, המחייבים צמצום של משאבי המחשוב הנדרשים, ולכן הפשטה בבעיות תכנון תחת אי-ודאות היא יעד חשוב בכיווני מחקר אלה.

קבוצת המחקר של פרופ' אינדלמן מתייחסת לכל ההיבטים האלה בפיתוח גישות הפשטה (simplification) המאפשרות לפתור את הבעיות הנ״ל בצורה יותר יעילה חישובית. זאת, למשל, באמצעות דילול (sparsification) של מטריצות. היבט חיוני בגישות מסוג זה הינו קבלת ערובות (guarantees) לביצועים – כלומר, האם הביצועים יכולים להיפגע, ועד כמה, כתוצאה של תהליך ההפשטה. ואכן, במאמר הנוכחי מניחים החוקרים היסודות לפתרון בעיות החלטה באמצעות הפשטה ויתר על כן, מראים כי גישות אלו יכולות להביא לחיסכון משמעותי בזמני החישוב, וזאת ללא פגיעה משמעותית במילוי המשימה.

צוות המעבדה לניווט אוטונומי וחישת עולם (ANPL)

צוות המעבדה לניווט אוטונומי וחישת עולם (ANPL)

הדוקטורנט חן אלימלך, שהוביל את המחקר, זכה לאחרונה ב"פרס על עבודת מחקר יוצאת דופן לתואר שלישי" מטעם המרכז הישראלי למחקר בתחבורה חכמה (ISTRC).

המחקר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (ISF).

למאמר בכתב העת International Journal of Robotics Research  לחצו כאן

אירועי הקורטריון, מינוי היסטורי, תוארי דוקטור לשם כבוד, הנדסה בשירות הרפואה, אות הטכניון, ממציאי המחיר, תרומה של אהבה, בינה מלאכותית ובריאות האדם, ועידת ההייטק, עמיתי כבוד, מנבא נובל, מגזין הטכניון, האקתון לטובה – כל זאת ועוד מחכים לכם עכשיו בניוזלטר יוני 2022 – לחצו כאן לקריאה

הדס בן עטייה

הדס בן עטייה

הדס בן עטייה הצטרפה למסלול בשנה השנייה של התואר הראשון. לדבריה, "במבחני הקבלה לתוכנית התבקשנו ללמוד מאמר פורץ דרך בתחומי העיסוק של הנדסה ביו-רפואית. זו הייתה הפעם הראשונה שבה התנסיתי בחקר תחום חדש השונה מתוכנית הלימודים של הטכניון. זו הייתה התנסות ראשונה בקריאת מאמר בצורה ביקורתית ומחושבת ובשימוש בכלים הבסיסיים הדרושים בעולם המחקר והפרויקטים."

במהלך הלימודים בתוכנית התנסתה הדס בפרויקטים מגוונים, תחילה במעבדתה של ד"ר לימור פרייפלד, שם התנסתה בפן המעבדתי ובפיתוח אלגוריתמים, ובהמשך במעבדתה של פרופ' יעל יניב, בפרויקט שעסק באנליזה של אותות ביולוגים לטובת חקר הפרעות בקצב הלב. "הפרויקט איפשר לי ללמוד כלים חדשים, להתנסות בעיבוד אותות בצורה פרקטית ולממש כלים שלמדתי בקורסים עבור נתוני אמת. התוכנית כולה אפשרה לי להתנסות במחקר בתחומים שונים, לממש עקרונות שלמדתי במהלך התואר הראשון ולקדם את הידע מהתיאוריה לפרקטיקה. בתוכנית ניתנה לי ההזדמנות להתעמק בעולם עיבוד האותות הרפואיים וכך מצאתי את תחום המחקר שמעניין אותי ובו אני עוסקת כיום."

כיום לומדת הדס לתואר שני במעבדתו של ד"ר מוטי פריימן בפקולטה להנדסה ביו-רפואית. לדבריה, "במהלך הדרך רכשתי כלים שמאפשרים לי להתמודד בצורה מיטבית עם אתגרים שאני פוגשת בעבודתי כמהנדסת אלגוריתמים."

לפרטים על התכנית – לחצו כאן