עידן שורץ, דוקטורנט בפקולטה למדעי המחשב, זכה במקום הראשון בתחרות Visual Dialog Challenge שהתקיימה במסגרת CVPR 2020- כנס בין-לאומי בראייה ממוחשבת, שנערך בתאריכים 18-16 ביוני.
הדוקדורנט עידן שוורץ
לתחרות הוגשו 330 מודלים שפיתחו צוותים מאוניברסיטאות מובילות בארה”ב ובאסיה וכן קבוצות מחקר מחברת ענק ובהן פייסבוק ומיקרוסופט.
שורץ, הלומד לתואר דוקטור בהנחיית פרופ’ תמיר חזן מהפקולטה להנדסת תעשייה וניהול ופרופ’ אלכסנדר שווינג, מאוניברסיטת אילינוי עוסק בפיתוח מודלים קוגניטיביים המחקים חשיבה אנושית וזאת באמצעות למידה עמוקה. בתחרות האמורה הוא הציג מערכת ממוחשבת המנהלת שיחה עם בני אדם על מצבים יום-יומיים.
המערכת שזיכתה את שורץ בתחרות היא מערכת קשב (attention) ייחודית, החיונית במיוחד במשימות מורכבות שבהן הקלט מורכב מפרטים רבים ורק חלקם רלוונטיים לקבלת ההחלטה. היא יודעת “לעכל” את האובייקטים הרבים שבתמונות – כאן בדוגמה אלה ממתקים, עוגה, כוסות, ילדים – וגם ללמוד דברים תוך כדי דיאלוג ולייחס רמות חשיבות שונות לאובייקטים שונים. חשיבות זו מדורגת על פי “ציון הקשב” של כל אובייקט – לדוגמה, המילה “עוגה” (cake) תקבל כאן ציון קשב גבוה משום שהיא מופיעה גם בדיאלוג וגם בתמונה. בתרשים הבא אפשר לראות את המילים ואת ציוני הקשב שלהן המיוצגים בצבעים חמים יותר (מפות חום).
כאשר השאלה היא “האם הילדים לובשים כובעים?” הקשב מתמקד בראשי הילדים בתמונה ובמילה “כובעים” (hats) בשאלה. כשהשאלה היא “האם יש נרות על העוגה?” הקשב מתמקד בעוגה שבתמונה ובמילה “נרות” (candles). התמקדות זאת מזכירה את תשומת הלב האנושית לפרטים מסוימים ואת היכולת לסנן את הפרטים שאינם רלוונטיים. חשוב לציין שהמודל אינו מקבל כקלט מפות קשב אנושיות בהליך הלמידה, אלא מסיק את מפות הקשב באופן אוטומטי באמצעות למידה מתשובות אנושיות קודמות. זוהי אחת המסקנות המעניינות של המחקר: באמצעות חיקוי תשובות אנושיות, מכונה מסוגלת להסיק קשב הדומה ליכולת ההתמקדות האנושית.
שורץ ממשיך בפיתוח המערכת, תוך ניסיון לשלב בה ערוצי קלט חדשים ובהם וידאו, אודיו ותמונות מרובות ולהתאימה ליישומים מגוונים ברפואה, בנהיגה אוטונומית ועוד.
בחודשים הקרובים תצא לדרך יוזמה משותפת של התאחדות הקבלנים בוני הארץ והפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון, שבמסגרתה יעברו הסטודנטים להנדסה אזרחית התמחות מעשית (פרקטיקום) באתרי בנייה בארץ.
היוזמה הייחודית נועדה לחשוף סטודנטים בשנת לימודיהם השלישית לעולם הבנייה, להפגיש אותם עם בכירי הקבלנים ולחבר אותם לטכנולוגיות בנייה חדשות. היוזמה נולדה לאור המחסור במהנדסים מוכשרים בענף הבנייה והודות לנכונותה של התאחדות הקבלנים בוני הארץ להירתם לאתגר.
הפעילות שתתקיים בחודשים אוגוסט-אוקטובר 2020 הוגדרה כפיילוט, שבמסגרתו ייחשפו הסטודנטים לפרויקטי בנייה בכל שלביהם ורובדיהם. לשם כך תגייס ההתאחדות חברות בנייה שישתתפו בתוכנית.
במסגרת הפיילוט החדשני, כל סטודנט או קבוצת סטודנטים ישובצו לפרויקט מסוים ויקחו בו חלק תחת השגחת מנהל פרויקט. זאת כדי שילמדו בצורה הטובה ביותר על התנהלות העבודה ובמבט רחב ככל האפשר על כל שלבי הפרויקט השונים. הם ייחשפו לפרויקטי בנייה למגורים, הקמת מחלפים, סלילת כבישים ופרויקטי תשתית גדולים נוספים. כל אחד מהסטודנטים יתנסה לפחות בשלושה מששת האשכולות הבאים: עבודות עפר ופיתוח, שלב שלד, ניהול אתר, מערכות (חשמל, אינסטלציה, כיבוי אש, מיזוג ואיטום), בטיחות וגמר.
הסטודנטים יועסקו בהתאם לתנאי ההעסקה הקבועים בהסכם הקיבוצי בענף הבנייה. כל סטודנט ימלא דו”ח פעילות שיגובש לפני תחילת הפעילות ויאושר על ידי אחראי החניכה באתר. ממצאי הפיילוט ייבחנו על ידי צוות אקדמי לבחינת האפקטיביות של הפיילוט. ממצאים אלה יהוו בסיס להמשך פעילות הפרקטיקום הנידונה ולהתאמתה. בתום הפיילוט יבחנו הצדדים את הטמעת ההכשרה במסגרת תוכנית הלימודים השנתית (כנקודות זכות בתואר).
בנוסף, ההתאחדות תשקיע משאבים בהכשרות והדרכות מקצועיות נוספות לסטודנטים ובהן הכשרת בטיחות, הכשרת עבודה בגובה, מפגשים מקצועיים עם בכירים בהתאחדות להכרת ענף הבנייה, חיבור לטכנולוגיות הבנייה החדשות ועוד.
“תוכנית זו הינה תוכנית ייחודית וראשונה מסוגה בארץ לסטודנטים מתחום ההנדסה האזרחית,” אמר זיו לוי, יו“ר ועד הסטודנטים בפקולטה להנדסה אזרחית בטכניון ויוזם התוכנית. “מטרתה היא לפתח אצל המהנדסים לעתיד, את יכולת ההבנה הפרקטית ביחד עם הידע האקדמי אותו רכשו במהלך התואר וכתוצאה מכך, לאחר שנות התואר לצאת מהנדסים טובים יותר אל עולם התעשיה או להמשיך עם ידע טוב ומעמיק יותר אל עולם המחקר. הרעיון שמאחורי הפרויקט הגיע מתוך הבנה כי כאשר בוגרי הפקולטה הם גם בעלי רקע מעשי, הם יתרמו בצורה טובה יותר לכל פרויקט בניה אליו יצטרפו בעתיד.”
“הטכניון פועל כל העת לשפר את הקשר עם התעשייה,” אמר פרופ’ שלמה בכור, דיקן הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון. אני רואה ביוזמה הזדמנות חשובה לעודד את הקשר עם התאחדות הקבלנים ולסייע לסטודנטים שלנו להשתלב בשוק העבודה באופן המיטבי.”
נשיא התאחדות הקבלנים בוני הארץ, ראול סרוגו מסר: “המהנדסים הישראלים הם מהטובים בעולם ולא בכדי. אנחנו מהמדינות שבונות הכי הרבה ביחס לגודלן בעולם כולו ואנו זקוקים לטובים ביותר ולכן ענף הבנייה הישראלי משקיע משאבים נרחבים כדי לשמר ולהעצים את המהנדסים בו. היוזמה המשותפת עם הטכניון נולדה מתוך ההבנה כי לאור מחסור של כ-5,000 מהנדסים אזרחיים בישראל, יש לקצר את הליך כניסתם לעבודה מלאה ועצמאית של בוגרי הטכניון, ושילוב הפרקטיקום בזמן הלימודים הוא פתרון מצוין לעניין זה.”
תל-אביב וחיפה, 15 ביולי 2020 – בהמשך לשיתופי הפעולה האסטרטגיים שיצרה טבע עם מכון ויצמן למדע ואוניברסיטת תל אביב וחוקריהם מוקדם יותר השנה, במסגרת הפעילות הגלובלית של טבע עם שותפים אקדמיים נבחרים פעילות “טבע אקדמיה” ממשיכה להתרחב. בחודשים האחרונים נחתמו כמה שיתופי פעולה עם הטכניון בתחום האימונותרפיה לסרטן ולמחלות מערכת העצבים. זאת, גם בצל משבר הקורונה, כאשר במהלך החודשים האחרונים המחקר המשותף צבר תאוצה, והחוקרים בטכניון פועלים לקידומם של המחקרים בסיוע קבוצות מחקר ופיתוח של טבע מהארץ ומהעולם.
הפרויקטים החדשים שנחתמו לאחרונה מתמקדים בפיתוח שיטות אימונותרפיות חדשות בתחומי הסרטן והמוח. צוותי חוקרים מטבע ומהטכניון עורכים מחקר משותף לבדיקת יעילותם של טיפולים אימונותרפיים חדשניים על ידי נוגדנים או תרפיה תאית במודלים ייחודים לטיפול בסרטן, פרקינסון ומיגרנה. כך למשל משלבים הפרויקטים טכנולוגיות מתקדמות לפיתוח נשאי תרופות חכמים שיוכלו להגיע למוח או לגידולים סרטניים, הפעלה של אזורי פעילות רלוונטיים במוח ובחינת השפעתם על הפריפריה העצבית ומערכת החיסון, וחקר השפעת המיקרוביום (הסביבה החיידקית הקיימת בתוך גוף האדם) על התפתחות מחלת פרקינסון. הפרויקטים משלבים הנדסת נוגדנים וחלבונים וכן אנליזות חישוביות מתקדמות של המערכת החיסונית והחיידקית.
עוד יצוין, כי בתמיכת רשות החדשנות ניתנו השנה שלושה מענקי “נופר” לחוקרים מהטכניון המהווים חלק משיתוף הפעולה עם טבע, ובימים אלה בוחנת הרשות שיתופי פעולה דומים נוספים. בסה”כ החלו בחודשים האחרונים שישה פרויקטים משותפים לחוקרי הטכניון וטבע כחלק מהשת”פ המחקרי. בנוסף, שמונה סטודנטים מצטיינים מהטכניון נבחרו לפורום הסטודנטים הארצי של טבע המכונה The National Forum for Bioinnovators by Teva, וכולל מלגות והכשרות מקצועיות ואישיות לסטודנטים ולמנחים שלהם במטרה לחבר אותם לעולם הפארמה.
פרויקטים אלה, אשר מנוהלים דרך מוסד הטכניון למחקר ופיתוח מהווים נדבך משמעותי בתוכנית שיתופי הפעולה שטבע יזמה ומקדמת עם האקדמיה הישראלית, שיתופי פעולה שנחשפו במהלך השנה האחרונה. כדי לאתר את אותם שיתופי פעולה ביצעה טבע תהליך עמוק לאיתורם ולמיפויים של שותפי מחקר פוטנציאליים ובחנה כ-400 מעבדות באקדמיה הישראלית וכ-90 סטארטאפים בתחום הביולוגיה. מתוכם בחרה חברת טבע ב-15 שיתופי פעולה אסטרטגיים עם קבוצות מחקר מובילות באקדמיה בישראל, שהחבירה אליהן יוצרת ערך משמעותי ואסטרטגי הן למוסדות האקדמיה והן לטבע. יש לציין, שהתהליך נמשך כל העת ועתיד להתרחב במהלך השנה.
לדברי ד”ר דנה בר-און, מובילת הפרויקט ומנהלת קשרי אקדמיה בטבע, “שיתוף הפעולה עם הטכניון הוא אחת מאבני הבניין המרכזיות של תכנית קשרי האקדמיה של טבע – בישראל ובעולם.לאחר מיפוי אינטנסיבי מצאנו בטכניון חוקרים ושותפים מובילים למחקר ופיתוח משותפים גם בשלבים המוקדמים. שילוב הכוחות של האקדמיה עם טבע תופס תאוצה בימים אלה למרות העיכוב שנגרם עקב התפשטות הקורונה וסגירת חלק מהפעילות באוניברסיטאות. אנו מאמינים כי הפרויקטים יבשילו בשנים הקרובות וחלקם יוכלו להיכנס ל-pipeline העתידי של טבע”.
“שיתוף פעולה בין חוקרי הטכניון לחוקרי טבע כבר נשא בעבר פרי והביא לפיתוחה של התרופה אזילקט”, אמר פרופ‘ קובי רובינשטיין, המשנה לנשיא הטכניון למחקר. “הטכניון מעודד ומקדם קשרי תעשייה ואקדמיה על בסיס שוטף לטובת קידום המחקר והכשרת הסטודנטים שלו. אני מברך על שיתוף הפעולה המחקרי עם חברת טבע ומשוכנע שיוביל לפיתוחים חדשניים בתחום הפארמה לטובת האנושות כולה.”
אודות טבע אקדמיה
המחקר והפיתוח של טבע בתחום האינובטיבי (תרופות מקור) צמחו בישראל החל משנות השמונים מתוך שיתוף פעולה פורה עם האקדמיה הישראלית. כתוצאה מכך פיתחנו תרופות מרכזיות בפורטפוליו מוצרי המקור של החברה אשר ממשיכות עד היום להשפיע לטובה על בריאותם ולשפר את חייהם של מטופלים רבים ברחבי העולם. טבע, שהינה חברה גלובלית הפועלת בכ-60 שווקים, רואה חשיבות אסטרטגית בבניית שיתופי פעולה מדעיים עם מוסדות אקדמיים מובילים, ובפרט עם האקדמיה הישראלית, ומאמינה כי מערכת יחסים הדוקה עם האקדמיה עוד מהשלבים המוקדמים תוכל להוביל לפיתוח תרופות מתקדמות וטכנולוגיות חדשניות לטובת המטופלים ברחבי העולם.
הפעילות האקדמית של טבע העולמית מנוהלת מישראל על ידי צוות מיוחד לעניינים אקדמיים בחטיבת המחקר והפיתוח של החברה בהובלת ד“ר דנה בר-און. במסגרת זו, טבע תומכת בשיתופי פעולה עם האקדמיה, שותפה לקונסורציומים גלובאליים המשלבים תעשיה ואקדמיה, וכמו כן תומכת בוועידות מדעיות, מלגות סטודנטים, התמחות של דוקטורנטים ופוסט-דוקטורנטים בטבע, ופרסומים מדעיים משותפים עם מוסדות אקדמיים.
חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטת ייל הציגו בכתב העת Nature Nanotechnology מתווה לפיתוח טכנולוגיה חדשנית לסינון סלקטיבי של מים. הטכנולוגיה צפויה להאיץ, לשפר ולהוזיל תהליכי התפלה וטיפול במים ולקדם פיתוחים ברפואה, בייצור אנרגיה ובתחומים נוספים.
פרופ’ מנחם אלימלך (מימין) וד”ר רזי אפשטיין
המחברים הראשיים של המאמר הם ד”ר רזי אפשטיין, חבר סגל חדש בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון, ופרופ’ מנחם אלימלך מאוניברסיטת ייל שהנחה אותו בפוסט-דוקטורט.
פיתוחן של טכנולוגיות סינון סלקטיביות הוא קפיצת מדרגה בתהליכי ממברנות – גישה שמיושמת רבות בהתפלה, כלומר בהפרדת מלחים ממים. התפלה ממברנלית, הידועה גם בשם “אוסמוזה הפוכה”, החליפה הודות ליתרונותיה את ההתפלה התרמית המבוססת על אידוי ומצריכה השקעה אנרגטית עצומה.
בעולם ההנדסה והמים, אוסמוזה הפוכה היא טכנולוגיה המשמשת כבר יותר מחמישים שנה להתפלת מים ולשימושים אחרים, וזאת באמצעות ממברנות פולימריות. למרות ההתפתחויות והשיפורים בתחום זה, ממברנות אלה עדיין מוגבלות מאוד בביצועיהן, בין היתר בהקשרים של סינון סלקטיבי.
לדברי ד”ר אפשטיין, “סינון סלקטיבי הוא יעד מבוקש כל כך מכמה סיבות. ראשית, מהסיבה הבריאותית – תהליך התפלה או טיפול סטנדרטי (לא סלקטיבי) מוציא מהמים גם מינרלים שאנחנו רוצים שיישארו, בעיקר בשל ערכם התזונתי. שנית, מההיבט הסביבתי – ככל שהסינון יותר גורף ופחות סלקטיבי, אנחנו זורקים תמלחת מרוכזת יותר ורבה יותר הפוגעת בסביבה. שלישית, מהסיבה הכלכלית – במים יש חומרים יקרי ערך, למשל ליתיום, שאם תוכל להפריד ולשמור אותם – תרוויח. בשורה התחתונה – סלקטיביות היא יעד הגיוני וחשוב, והוא גם רלוונטי לתהליכים שאינם קשורים לטיפול במים – בהפקת אנרגיה, ברפואה ובחישה של חומרים שונים.”
אף שממברנות סלקטיביות מעסיקות קבוצות מחקר רבות בעולם, יעילותן עדיין אינה משביעת רצון. “כאן,” אומר ד”ר אפשטיין, “בא לעזרתנו הטבע, שפיתח באינסוף שנות אבולוציה מנגנוני סלקטיביות יעילים להפליא. אחד התהליכים הללו, למשל, מתרחש בתעלות היונים (ion channels), הנמצאות בקרומיהם של תאים חיים ומשמשות מסנן מולקולרי של יונים.”
דוגמא בולטת ומעוררת השראה לתעלת יונים סלקטיבית היא תעלת האשלגן – מעין “סלקטורית” המאפשרת כניסה ליוני אשלגן בלבד. פעילותה מבוססת בין השאר על העובדה שמולקולות האשלגן, במצבן הרגיל, עטופות במים ולכן הן “שמנות” מכדי להיכנס לתעלה. כדי להיכנס לתעלה הן חייבות להשיל מעליהן את מולקולות המים, והן עושות זאת בתהליך של התייבשות (dehydration). תהליך זה מקל על תעלת היונים לזהות את יוני האשלגן, להבדיל בינן למולקולות דומות כגון סודיום, ולאפשר רק ליוני האשלגן לעבור דרכן באמצעות אתרי קישור (binding sites) ייעודיים.
ייצורן של ממברנות סלקטיביות מלאכותיות נבחן כיום בכמה אפיקים, הן בשיפור של ממברנות סטנדרטיות (פולימריות) והן ביצירה של ממברנות חדשות לגמרי מחומרים חדשים כגון גרפין ושפופרות פחמן. במעבדה החדשה של ד”ר אפשטיין בטכניון נבחנות כל האפשרויות, אבל הוא מעריך שהפתרון היעיל יימצא בשיפור של ממברנות פולימריות ומקווה שהמאמר הנוכחי יעניק דחיפה לפיתוח התחום ולהאצתן של ממברנות סלקטיביות למגוון תחומים.
ד”ר רזי אפשטיין, יליד עמק יזרעאל, השלים תואר ראשון ושני באוניברסיטת בן גוריון ותואר שלישי בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון בהנחיית פרופ’ מיכל גרין. הוא הצטרף לסגל הטכניון באוקטובר 2019 אחרי פוסט-דוקטורט בייל, שם החל במחקריו בטכנולוגיות סינון סלקטיביות.
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.
זרועות הציד של אלמוג Dipsastraea favus . צילום : אור בן צבי
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
פרופ’ אורי שביט מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון
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, אלאמקדימה 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.”
דרור מלול מהפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית
פרופ’ רועי הולצמן מהמחלקה לזואולוגיה באוניברסיטת תל אביב
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 Bלחצו כאן
לסרטון המציג את המחקר:
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.
פרופ’ נעם אדיר
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.
ד”ר דביר הריס
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 Aלחצו 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.
שער מגזין Nature
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.
פרופ’-מחקר מוטי שגב
נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון
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.
ד”ר מיגל בנדרס
אנטולי פצוק
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.
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.
פרופ’ עמי אהרונהיים
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 שינוייםראשוניים 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.”
ד”ר שמרית אברהם
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 סרטניותופוגעות 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.”
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 התקשורתביניהם 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”.
המסטרנט ברק הופר
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 Devicesלחצו כאן
