הארגון EIT Food של האיחוד האירופי העניק את “פרס האימפקט בחדשנות” לפרויקט שמוביל פרופ’ יואב ליבני מהפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון בטכניון, בשיתוף עם אמאי חלבונים והחברות דנונה ופפסיקו העולמיות.
הפרס, EIT Food Innovation Impact Award, ניתן להם על פיתוח תחליף בריאותי לסוכר המבוסס על שיפור מושכל של חלבונים מתוקים הנמצאים בפירות טרופיים. שמו של הפרויקט הוא “Sugar-Out, Protei-In, Application of Microencapsulated Sweet Proteins as Sugar Substitutes”.
אמאי חלבונים מייצרת חלבוני מעצבים באמצעות עיצוב חלבונים חישובי וייצור באמצעות תסיסה מדייקת. מאחר שחלבונים אלה מתוקים פי 11,000-4,000 מסוכר, אפשר להשתמש בכמויות מזעריות שלהם ולכם בפועל הם יותר זולים מסוכר. יתר על כן, הם אינם משמינים כלל (ערך גליקמי 0) ואינם משפיעים לרעה על הבריאות או על אוכלוסיית חיידקי המעי (המיקרוביום).
ד”ר אילן סמיש
הטכנולוגיה הזוכה מבוססת על הוספת מרכיבי מזון טבעיים מכונים MicroPatching agents ומרכיבים נוספים לשם התאמת פרופיל טעם החלבון ככל האפשר לטעם של סוכר. השימוש בתחליף הסוכר צפוי להפחית משמעותית את צריכת הסוכר המזיקה לא רק לבריאות האדם – למשל בהשמנת יתר ובהתפתחות הסינדרום המטבולי – אלא גם לקיימות ולאיכות הסביבה (בשל תהליכי הייצור הידידותיים לסביבה, לעומת תעשיית הסוכר והפצתו הפוגעים בסביבה).
החוקרים פתרו שורה של אתגרים ובהם שיפור הטעם, היעדר טעמי לוואי, יציבות החלבונים, מחיר תחרותי והיעדר השפעות בריאותיות שליליות. לדברי פרופ’ ליבני, “הזכייה בפרס האימפקט תסייע לנו להתקדם למסחור הטכנולוגיה שלנו וכך לצמצם את צריכת הסוכר בישראל ובעולם כולו.”
לדברי ד”ר אילן סמיש, מייסד ומנכ”ל אמאי חלבונים, “פרויקט המו”פ הרב-תחומי בהובלת הטכניון מאפשר לנו לשלב בין טכנולוגיות פורצות דרך לבין מו”פ יישומי של חברות המשקאות והמזון הבינלאומיות המובילות לצורך הבאת מוצר שהצרכנים כל כך מייחלים לו.”
צילומי המוצרים: פזית אסולין
לצפייה בסרטון:
ב-7 באוקטובר חגג הטכניון את ערב ההוקרה השנתי לעובדיו. באירוע שהתקיים בזאפה אמפי שוני חולקו פרסים לעובדים, למנהלות מצטיינות ולמצטיינים בשמירה על הבטיחות והתקיימה הופעה של חנן בן ארי.
נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון בירך את העובדים ואמר כי “זאת הייתה שנה לא פשוטה להרבה אנשים שנקלעו לקשיים בריאותיים וכלכליים, אבל בסופו של דבר צלחנו אותה יחד והיטב. זאת הייתה שנת שיא לטכניון במובנים רבים – במספר הסטודנטים החדשים שהתחילו ללמוד בטכניון, במענקי המחקר שחוקרי הטכניון הצליחו לגייס ובמספר חברות ההזנק שיצאו מהטכניון, וזאת כמעט שנת שיא בגיוס חברי סגל חדשים. אנחנו יוצאים מהשנה הזאת חזקים יותר, מלוכדים יותר, חסינים יותר, בזכותכם; כל מה שנבנה על ידיכם, כל עובדי הטכניון, בתקופה הזאת, יבוא לידי ביטוי כעת. כל הדבר הענק הזה לא היה קורה בלעדיכם – אתם הלב הפועם, הנשמה של הטכניון. אני מודה לכולכם.”
העובדים המצטיינים הטכניונים לשנת תשפ”א הם אנה דובינסקי (לשכת הסגל), ד”ר אולגה צ’ונטונוב (המרכז לקידום הלמידה וההוראה), ד”ר ירון קאופמן (הפקולטה למדע והנדסה של חומרים), גיא תנעמי (אגף מחשוב ומערכות מידע) ויוליה פסיקוב (אגף רכש). העובדים המצטיינים מטעם מוסד הטכניון הם אלי ניימרק (מכון המתכות הישראלי) וענת אביטל (המכון הלאומי לחקר הבנייה. המנהלות המצטיינות הן רוי גינוסר מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב (מנהלת מצטיינת טכניונית) ופנינה אלוני ממחלקת כספים וכלכלה (מנהלת מצטיינת מוסד הטכניון). מצטייני הבטיחות הם שמעון דולב מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי (עובד מצטיין); מעבדת ד”ר יוסי שמאי בפקולטה להנדסה ביו-רפואית (מעבדה מצטיינת); והפקולטה להנדסת מכונות (פקולטה מצטיינת).
האירוע הופק ביוזמת מדור רווחה טכניון ומוסד הטכניון על ידי חברת פרימיום.
המצטיינים: עומדים, מימין לשמאל: אלי ניימרק, סמנכ”ל משאבי אנוש אריאל חזן, דני נאור נציג ארגוני העובדים, המשנה לנשיא למחקר פרופ’ קובי רובינשטיין, ורד בהר ממוסד הטכניון, נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון, אנה דובינסקי. יושבים, מימין לשמאל: ד”ר ירון קאופמן מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים, יוליה פיסקוב, ענת אביטל, פנינה אלוני, רוי גינוסר מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב (מנהלת מצטיינת טכניונית), גיא תנעמי, ד”ר אולגה צ’ונטונוב
מצטייני הבטיחות: עומדים, מימין לשמאל: אריאל חזן, דני נאור נציג ארגוני העובדים, פרופ’ קובי רובינשטיין, ורד בהר, נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון. יושבים, מימין לשמאל: עדי חן, ראש יחידת הבטיחות ופיקוח סכנות, פרופ’ נעם אדיר, ד”ר יוסי שמאי, ד”ר חגית ששון, שמעון דולב. חסרה בתמונה: ראש מינהל הפקולטה להנדסת מכונות, לימור לוי מדר
להקת Newטון – הלהקה הייצוגית של הטכניון:
פרופ’ בעז פוקרוי
חוקרים בטכניון מציגים שיטה חדשנית ליצירת מחטים ננומטריות. בתהליך זה נוצרות המחטים מתוך פגמים קוויים הנקראים נקעים וקיימים במתכות. זוהי הפעם הראשונה שבה נקעים של חומר אחד מהווים תבנית ליצירת מחטים של חומר אחר. את המחקר הובילו פרופ’ בעז פוקרוי והדוקטורנטית לוטן פורטל מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים וממכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה (RBNI) , והוא פורסם בכתב העת PNAS .
נקעים הם תופעה משמעותית במדע של חומרים, שכן הם משפיעים על תכונות החומר ברמות המיקרו והמאקרו. לדוגמה, ריכוז גבוה של נקעים מוביל לעלייה בחוזק ובקשיות של המתכת. קצות הנקעים המופיעים בפני השטח של המתכות, והאטומים הממוקמים בקרבת קצוות אלה, נוטים להיות ריאקטיביים יותר ביחס לשאר האטומים בחומר ולקיים תגובות כימיות שונות כגון קורוזיה.
החוקרים בקבוצתו של פרופ’ פוקרוי יצרו מחטים העשויות מקומפלקס של זהב-ציאניד. במינוח מקצועי מדובר במנגנון לסינתזה של מערכות אי-אורגניות של זהב-ציאניד (Au-CN) בתצורה של ננו-מחטים הגדלות בתהליך אוטו-קטליטי (זירוז-עצמי של התגובה). קומפלקס הזהב-ציאניד משמש בתחומים רבים כגון חיישני אמוניה (NH3), קטליזה (זירוז) של תגובות המרה של מים מנוזל-לגז ועוד.
לוטן פורטל
בתהליך שפותח בקבוצתו של פרופ’ פוקרוי מתגבשות הננו-מחטים בקצות הנקעים הממוקמים בפני השטח של סגסוגת הזהב-כסף המקורית, והמבנה הסופי שמתקבל הוא של זהב ספוגי (ננו-פורוזיבי) קלאסי עם שכבה של ננו-מחטים הגדלות מתוכו. תהליך גידול המחטים מתרחש במקביל לתהליך הפרדת הסגסוגת הקלאסית של הכסף מהמערכת, ומתאפשר רק כאשר צפיפות הנקעים בחומר מגיעה לערך קריטי המוצג במודל הקינטי שפותח במאמר.
המודל המוצג במאמר מספק מסלול אפשרי לגידול של קומפלקסים אי-אורגניים חד-ממדיים (1D), תוך שליטה אפשרית בכיוון הגידול, בצורה ובמורפולוגיה של הגביש, בהתאם למערכות ההחלקה של הסגסוגת המקורית. כאמור, להישג מדעי וטכנולוגי זה יישומים פוטנציאליים רבים. המחקר נתמך במענק ERC מטעם הנציבות האירופית למחקר (European Union’s Horizon 2020).
איור סכמטי המתאר נוקליאציה וגידול חד-ממדי של ננו מחטי זהב-ציאניד לאורך נקע בסגסוגת המקורית במהלך תהליך הפרדת הסגסוגת הקלאסי
פרופ’ מתי סאס
חוקרים בפקולטה להנדסת מכונות בטכניון ועמיתיהם בהולנד פיתחו שיטה חדשנית לטיהור מים ממזהמים. הם הראו כי היפוך סדר האלקטרודות בתהליך מוביל לשיפור משמעותי בטיהור המים. את המחקר שהתפרסם ב-PNAS, כתב העת של האקדמיה האמריקנית למדעים, הובילו חוקרי הטכניון פרופ’ מתי סאס והדוקטורנטים עמית שוקרון ואריק גאיס עם ד”ר יאוקה דיקסטרה מאוניברסיטת ווגנינגן בהולנד.
טיהור מים לצורכי חקלאות הוא אתגר טכנולוגי מורכב שחשיבותו רבה במיוחד בישראל, שבה רוב מי השופכין מושבים לצורכי חקלאות ורוב הגידולים החקלאיים בנגב מבוססים על מים כאלה. השקיית שדות ומטעים במים עתירי מלחים גורמת נזקים חקלאיים מגוונים ובהם פגיעה בעלים, היווצרות קרחות בשדה ובמקרים חמורים הרס הקרקע והשבתתה כקרקע חקלאית.
בעקבות המחסור הגובר במים הוקמו בישראל בעשורים האחרונים מתקני התפלה המספקים לנו כיום חלק נכבד ממי השתייה. עם זאת, התפלת מי ים וטיהור מים לצורכי שתייה וחקלאות הם אתגרים טכנולוגיים מורכבים, זאת בין השאר משום שבתהליכים אלה אנו מבקשים לא רק לסלק מהמים את הרעלים אלא לשמר בהם את החומרים החיוניים לבריאותנו ולבריאות הגידולים החקלאיים.
אחד המרכיבים המרכזיים בתהליך ההתפלה הסטנדרטי הוא הממברנה – מסנן מתוחכם המסלק חלק מאותם רעלים. בתהליך זה מועברים המים בלחץ דרך הממברנה וחלק מהחלקיקים נחסמים על פי גודלם או מטעניהם החשמליים. עם זאת, הממברנה היא חלק יקר לרכישה, להתקנה ולתחזוקה ויש להחליפו תדיר או לטפל בו – מה שמחייב הפסקה של תהליך ההתפלה. יתר על כן, הממברנה “מפספסת” חלקיקים קטנים שהיא אינה מצליחה לחסום.
עמית שוקרון
אריק גאיס
המחקר שהתפרסם ב-PNAS מציג פריצת דרך בתחום זה. המחקר התמקד בבורון – חומר רעיל שחשוב לסלק ממי השתייה. הבורון נמצא באבקות כביסה ובחומרי ניקוי אחרים, וכשהוא חודר לקרקע חקלאית הוא פוגע בה ובהמשך גם בנו, צרכני המים והיבולים. ייחודו של הבורון בכך שהוא אינו מסולק בשיעור מספק בשלב הסטנדרטי של ההתפלה, הנערך בסביבה של חומציות נייטרלית (pH=7). כדי להרחיקו נדרש סבב התפלה נוסף המבוצע בחומציות גבוהה (בסביבות pH=10).
המערכת שבנו חוקרי הטכניון מבוססת על אלקטרודות פשוטות וזולות ועל הקונספט של CDI – טיפול ללא ממברנה. קונספט זה בנוי על תהליך מחזורי של הטענה ופריקה של אלקטרודות (אנודה וקתודה); בשלב הטעינה נצמדים היונים אל האלקטרודה וכך מסולקים מהמים, ובשלב הפריקה הם משתחררים לזרם השפכים – הזרם המלוח שאינו מיועד להשקייה ולשתייה.
באופן מסורתי, במערכות CDI להסרת בורון מוזרמים המים דרך הקתודה אל האנודה; המערכת שפיתחו החוקרים הופכת סדר זה: קודם עוברים המים דרך האנודה ורק אז דרך הקתודה, וכך נוצרת דינמיקה יעילה יותר של חומציות וסילוק יעיל יותר של בורון. יתר על כן, החוקרים הראו כי הגברת המתח החשמלי אינה בהכרח משפרת את יעילות המערכת, ובמילים אחרות – קיים מתח אופטימלי, שאותו אפשר לחשב.
החוקרים הראו כי אף שהמודל החדש פותח כקונספט תאורטי, הוא אכן משיג את הטיהור האמור גם במערך ניסויי, והם מעריכים כי קונספט זה יימצא יעיל גם במתקנים מסחריים שייבנו על פיו. הם מדגישים כי אף שהמחקר נעשה על בורון הוא רלוונטי למכלול רחב של מזהמים וחומרים יקרי ערך דומים.
פרופ’ מתיו סאס הוא חבר סגל בפקולטות להנדסת מכונות ולהנדסה כימית ע”ש וולפסון וחבר בתוכנית האנרגיה ע”ש גרנד.
בצילום תיאור של תהליך הסרת בורון מומס באמצעות תא CDI. ראשית, התא יוצר סביבה בסיסית, הגורמת לבורון להופיע בצורתו הטעונה. לאחר מכן, יוני הבורון מאוחסנים באלקטרודות. (קרדיט Paul Gerlach, H
בתרשים תיאור סכמטי של תהליך הסרת הבורון. משמאל, תא CDI בו ממוקמת האנודה מלפנים ופילוג החומציות. מימין, תקריב המתאר חומצה בורית אשר הופכת ליון בורון טעון בסביבת pH גבוה. היון הטעון נצמד
בתרשים: תיאור סכמטי של תהליך הסרת הבורון. משמאל, תא CDI בו ממוקמת האנודה מלפנים ופילוג החומציות. מימין, תקריב המתאר חומצה בורית אשר הופכת ליון בורון טעון בסביבת pH גבוה. היון הטעון נצמד אל האנודה וכך הבורון מסולק.
חוקרים בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט פיתחו אלגוריתם חדשני המגלה מכנה משותף והמשכי מתוך מידע רב-ממדי שנאסף מגידולים של חולים שונים. את המחקר שהתפרסם בכתב העת Cell Systems הובילו פרופ’ שי שן-אור, ד”ר ישי עופרן וד”ר אילת אלפרט מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט, שערכו אותו בשיתוף פעולה בין חוקרים בטכניון, בקריה הרפואית רמב”ם, בשערי צדק ובאוניברסיטת טקסס.
חקר הסרטן עבר בשנים האחרונות מהפכות משמעותיות ובהן האפשרות לאפיין תא בודד ברזולוציה גבוהה, ובאופן ספציפי יותר – למדוד בעת ובעונה אחת מספר רב של גנים או חלבונים מתאים בודדים. מהפכה זו הובילה לייצור כמויות עצומות של מידע רב-ממדי על מספר רב של תאים, מה שמאפשר לקבוע את מאפייניהן של הרקמה הבריאה ושל הרקמה הסרטנית. כמויות מידע אלו חשפו את השונות העצומה הקיימת בין גידולים סרטניים של מטופלים שונים: לכל מטופל יש אפיון תאים הייחודי רק לו ונגזר מהשינויים הגנטיים האופייניים לו. למרות היתרון המשמעותי הנובע מאפיון מדויק כל כך של המטופל הספציפי, התפתחות זו הובילה לכך שהשוואה בין מטופלים שונים דומה להשוואה בין תפוחים ותפוזים: בהיעדר מכנה משותף, ההשוואה ההכרחית למציאת סמנים המקושרים עם פרוגנוזה (כגון תמותה או חומרת מחלה) נעשית בלתי אפשרית.
הפיתוח של חוקרי הטכניון, אלגוריתם בשם tuMap, נותן מענה לאתגר מורכב זה באמצעות “השוואה מבוססת שונות”. האלגוריתם החדשני מספק אפשרות להציב גידולים רבים ושונים על סקאלה אחידה, המספקת נקודת ייחוס להשוואה. כך ניתן להשוות באופן משמעותי בין גידולים של חולים שונים, ואף של אותו החולה לאורך זמן (למשל באבחנה ולאחר טיפול). האלגוריתם מאפשר לנצל את רזולוציית המדידה הגבוהה המתאפשרת כיום לשימושים קליניים שלפני כן לא צלחו, כגון ניבוי מדויק יותר למדדים קליניים שונים ובהם חזרת הגידול ותמותה.
אף שהחוקרים בחנו את האלגוריתם על גידולי לוקמיה הם מעריכים כי הוא יהיה רלוונטי גם לסוגי סרטן אחרים.
המחקר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע, מכון למחקר במדעי הרפואה ע”ש משפחת רפפורט ו-NIH.
אלגוריתם tuMap מגשר על השוני במידע הרב-ממדי על חולי סרטן שונים וכך גובר על השונות בין מטופלים
נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון מעניק לקנצלרית מרקל את תואר הכבוד
הטכניון העניק אתמול (א’) תואר “דוקטור לשם כבוד” לקנצלרית גרמניה ד”ר אנגלה מרקל. ד”ר מרקל קיבלה את התואר בטקס חגיגי שהתקיים במלון המלך דוד בירושלים על תמיכתה האיתנה והעקבית במדינת ישראל, במדע ובהשכלה בכלל ובקשרי המדע בין גרמניה וישראל בפרט; על מאבקה חסר הפשרות באנטישמיות ובגזענות; ועל היותה מופת לשילוב בין מנהיגות נדירה, תבונה ואנושיות.
נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון, שהעניק לקנצלרית מרקל את תואר הכבוד, אמר בטקס כי “הקנצלרית מרקל נתפסת בעיני רבים כמנהיגה הבולטת של זמננו. כמנהיגה החותרת בהתמדה לשיפור חייהם של מיליונים ברחבי העולם, הקנצלרית מרקל מעולם לא היססה להתייצב נוכח האתגרים העולמיים והמקומיים ולהתמודד עם המציאות על מצוקותיה. את כל אלה עשתה תוך הפגנת חמלה ואחריות חברתית.”
דוקטור לשם כבוד הוא ההוקרה הגבוהה ביותר שמעניק הטכניון לאישים שהתבלטו בפועלם המדעי יוצא הדופן או בתרומתם לישראל, לעם היהודי ולאנושות. עם מקבלי התואר בעבר נמנים חיים ויצמן (1952), אלברט אינשטיין (1953), נילס בוהר (1958), דוד בן גוריון (1962), יוג’ין ויגנר (1971), מרגרט תאצ’ר (1989) ויצחק רבין (1990). לרשימה המכובדת הצטרפה אתמול הקנצלרית מרקל, המנהיגה המשפיעה ביותר בתקופתנו.
מימין לשמאל: פרופ’ אלון וולף, יו”ר הוועד המנהל של הטכניון מר גדעון פרנק, נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון והקנצלרית מרקל.
“אני גאה על קבלת תואר הכבוד מהטכניון כמדענית ולא רק כפוליטיקאית,” אמרה הקנצלרית מרקל, “שכן המדע והטכנולוגיה הם כלים לקידום הכלכלה והחברה. ישראל קמה על סמך חזון שהיה מדעי-טכנולוגי לא פחות משהיה מדיני, וחלק מההתחלות התרחשו בטכניון. הטכניון שימש אבן יסוד בהתפתחות ההייטק ובמה שקרוי כיום ‘אומת הסטארטאפ’.”
הקנצלרית מרקל אמרה כי “ההובלה של הטכניון ניכרת גם במחקר הקורונה, עם 50 מעבדות שנרתמו למחקרים הקשורים בכך, ולגרמניה יש מה להתקנא בעניין הזה. אנחנו משתאים לנוכח המהירות שבה אוספים בישראל את הנתונים, נתונים המשרתים את העולם כולו ותורמים למאבק בנגיף.”
“הטקס היום משקף את ההיסטוריה הגרמנית-יהודית במאות ה-20 וה-21, את השפעתם של המדע והתרבות הגרמניים על הולדתם של הטכניון ושל מדינת ישראל, את השואה ואת הפיוס בדור הנוכחי,” אמר נשיא הטכניון פרופ’ סיון. “קשה לחשוב על אדם שמסמל את הפיוס הזה, תוך קבלת אחריות על אותן תקופות אפלות, יותר מכלת הפרס הקנצלרית ד”ר אנגלה מרקל. אנו מצדיעים לך על כל מה שהענקת לגרמניה, לישראל ולאנושות. לעולם נהיה אסירי תודה.”
בהתייחסות לחינוך נגד האנטישמיות בגרמניה ובאירופה כולה אמרה מרקל כי “חשוב להתחיל בחינוך בנושא הזה בשלב מוקדם. התלמידים בגרמניה יוצאים לסיורים במחנות הריכוז, וברחובות יש סימונים שמנציחים את הבתים שהיו בעבר של יהודים. אני מאמינה שדרך הסיפורים האישיים קל יותר לצעירים להתחבר לנושא. הרבה אנשים פועלים נגד האנטישמיות והאלימות, אבל לצערי עוד יש מה לשפר ואין ספק שצריך לעשות יותר.”
תמונה קבוצתית של משלחת הטכניון עם הקנצלרית מרקל
במעמד החגיגי השתתפו שגרירת גרמניה בישראל ד”ר סוזנה ואזום-ריינר, שגריר ישראל בגרמניה ג’רמי יששכרוף, יו”ר הוועד המנהל של הטכניון מר גדעון פרנק, חתן פרס נובל פרופ’-מחקר אהרן צ’חנובר, נשיא הטכניון לשעבר פרופ’-מחקר יצחק אפלויג, נשיא הטכניון לשעבר ויו”ר אגודת ידידי הטכניון בישראל פרופ’ פרץ לביא, המשנה הבכיר לנשיא הטכניון פרופ’ עודד רבינוביץ’, סגן נשיא הטכניון לקשרי חוץ ופיתוח משאבים פרופ’ אלון וולף, דיקנית הפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון פרופ’ מרסל מחלוף וסטודנטיות לתארים מתקדמים – לינה מדלג’ (הפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי) ואסיל שומר (הפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון).
הקנצלרית מרקל, ילידת 1954, היא בעלת תואר דוקטור בכימיה קוונטית מהאקדמיה הגרמנית למדעים בברלין. היא נכנסה לחיים הפוליטיים בשנת 1989 לאחר נפילת חומת ברלין וב-2005 התמנתה לקנצלרית גרמניה, תפקיד שבקרוב תפרוש ממנו אחרי 16 שנות כהונה.
לצפייה בטקס ההענקה:
הלימודים בטכניון יחלו רשמית רק ב-24 באוקטובר, אבל כ-400 סטודנטיות וסטודנטים חדשים בטכניון כבר משתתפים בקורס הכנה מיוחד שהחל שלושה שבועות לפני פתיחת שנת הלימודים. יוזם הקורס, המשלב הכנה מתמטית עם מעטפת חווייתית וחברתית, הוא ד”ר אביב צנזור מהפקולטה למתמטיקה.
הקורס ניתן לסטודנטים ולסטודנטיות בחינם, כשירות מיוחד מטעם הטכניון, כדי להקל עליהם את ההתאקלמות בשנת הלימודים הראשונה. הוא מתקיים בקמפוס הטכניון במתכונת לימודים פנים אל פנים ובמקביל מוצע מסלול מקוון.
“סדנת ההכנה, שנועדה להכין את הסטודנטים ואת הסטודנטיות ללימודים בטכניון, היא שירות חשוב מאוד עבורם,” אמר המשנה הבכיר לנשיא הטכניון פרופ’ עודד רבינוביץ’. “השנה הראשונה בלימודים בטכניון בכל הפקולטות היא שנה מורכבת ומאתגרת במיוחד, והסטודנטים חשים בהבדל בין דרישות הלימודים בבית הספר לדרישות האקדמיות בטכניון. יתר על כן, בתקופת הקורונה נוספה לכך הלמידה בזום שפגעה בהרגלי הלמידה של הסטודנטים. חשוב לנו שיתחילו את הלימודים ברגל ימין.”
פרופ’ רבינוביץ’ אמר כי “הצלחתם של הסטודנטים והסטודנטיות היא ההצלחה שלנו, ולכן אנחנו פועלים ככל יכולתנו כדי לסייע להם בתהליך ההתאקלמות בטכניון. לא הסתפקנו רק בסדנת הכנה אקדמית ובהשלמת פערים במתמטיקה, אלא הכנסנו לקורס ההכנה גם ממד חברתי שחלק מרכזי בו הוא עצם השהות הפיזית והלמידה בקמפוס. הטכניון אפשר לסטודנטים המעוניינים בכך להקדים את מועד כניסתם למעונות כדי שיוכלו ליהנות מהקרבה לכיתות ומהאווירה החברתית של הקמפוס כבר במהלך סדנת ההכנה. ראוי לציין שכל הגורמים האקדמיים והמנהליים בטכניון ובראשם לימודי הסמכה נרתמו בשמחה לטובת הקורס. עברנו שנה וחצי מאתגרות בהחלט, וזוהי הסנונית הראשונה של חזרה לשגרת לימודים מוצלחת בקמפוס.”
שנת הלימודים הראשונה בטכניון מורכבת בחלקה הגדול מקורסי מבוא במתמטיקה, פיזיקה, כימיה ומחשבים. הניסיון שהצטבר בטכניון מלמד שהכנה טובה משפרת מאוד את ההשתלבות בלימודים ואת הישגיהם של הסטודנטים. זה הרקע לפתיחת הקורס החדש, שיינתן כאמור בחינם לסטודנטים החדשים שנרשמו אליו. קורס זה, בהיקף 40 שעות לימוד, יעניק לסטודנטים היכרות ראשונית עם דרישות המתמטיקה בטכניון ועם עולם המושגים הרלוונטי. הלימודים מתקיימים במבנה של כיתה הפוכה ומתבססים על קורס ההכנה המתוקשב של הטכניון. הסטודנטים משתתפים בתרגולים עם מיטב המרצים והמרצות למתמטיקה בטכניון, תרגול בקבוצות למידה ופגישות עם סטודנטים ותיקים שישמשו חונכים לסטודנטים החדשים. התוכן הלימודי בקורס יהיה מתמטי, אולם המשתתפים ייהנו גם מסדנאות של מרכז היזמות בטכניון ושל המרכז לייעוץ ותמיכה בסטודנטים (אסטרטגיות למידה וניהול זמן), הרצאות על בריאות וסיור במרכז הספורט שהוא מהמתקדמים בארץ, וממפגשים עם סטודנטים ותיקים והיכרות עם מרחבי הלמידה ושירותים אחרים בקמפוס, מפעילויות חברה ותרבות של לשכת דיקנית הסטודנטים ועוד.
חוקרים מהטכניון ומאוניברסיטת צפון קרוליינה (UNC) פיתחו אלגוריתם המוביל מחטים ניתוחיות במסלולים תלת-ממדיים מעוקלים. החוקרים – ד”ר אורן זלצמן מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב בטכניון ופרופ’ רון אלטרוביץ’ ומנגיו פו מצפון קרוליינה – פרסמו את הפיתוח בכנס היוקרתי Robotics: Science and Systems שהתקיים לאחרונה במתכונת מקוונת.
ד”ר אורן זלצמן
פעולות רפואיות רבות, כגון ביופסיה ושיגור ממוקד של תרופות אנטי-סרטניות לגידולים, מצריכות הובלה של מחט בתוך הרקמה. מחטים ישרות יכולות “לעשות את העבודה” במקרה שהדרך הישרה מנקודת הכניסה אל רקמת היעד אינה עוברת דרך רקמות פגיעות; אולם במקרים רבים, רקמת היעד “מסתתרת” מאחרי עצם או רקמה פגיעה כלשהי, ואז נדרש המנתח לעקוף את המכשול – משימה קשה ומורכבת, בוודאי כשמדובר באזורים פגיעים ורגישים.
בשנים האחרונות פותחו על רקע זה מחטים בעלות חוד משופע, הנשלטות על ידי דחיפה וסיבוב של בסיס המחט. הבעיה היא שהכוונתן של מחטים כאלה אינה פשוטה ואינטואיטיבית, וניהוגן הידני כרוך בסיכונים רבים. לשם כך פותחו “אלגוריתמים לתכנון תנועה” שמטרתם לכוון את המחט באופן מדויק ובטוח. אלגוריתמים אלה מפגינים יכולות מרשימות, ועדיין, מאחר שמדובר בתהליכים פולשניים, הדיוק הנדרש גבוה מאוד, אחרת מערכות אלה לא יקבלו אישור רגולטורי.
הפיתוח שהציגו שני החוקרים בכנס הוא אלגוריתם תכנון תנועה חדשני למחטים הניתנות לניהוג, והוא ממחיש את חשיבותם של מדעי המחשב בפתרון של בעיות הנוגעות לרפואה ולהנדסה ביו-רפואית. האלגוריתם החדש מחשב עבור המחט, על בסיס סריקות רלוונטיות כגון MRI או CT, את המסלול האופטימלי שיוביל אותה אל היעד תוך הימנעות מפגיעה במכשולים אנטומיים שונים. בניגוד לאלגוריתמים קיימים, אלגוריתם זה מספק “ערבות” (guarantee) שהמחט לא תפגע ברקמות אלה; במקרה שאין אפשרות לכניסה בטוחה כזו הוא יתריע על כך. יתר על כן, הוא מחשב את המסלול במהירות גבוהה יחסית לאלגוריתמים מתחרים ובשיעורי הצלחה גבוהים יותר. לדברי החוקרים, הטכנולוגיה שהוצגה בכנס מהווה פרדיגמה אלגוריתמית חדשה (new algorithmic foundation) הצפויה להוביל ליישומים נוספים בניהוג מחטים ניתוחיות.
ד”ר אורן זלצמן הצטרף לסגל הטכניון בקיץ 2019 אחרי פוסט-דוקטורט במכון לרובוטיקה באוניברסיטת קרנגי מלון. הוא ראש המעבדה לרובוטיקה חישובית (CRL) בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב. המחקר הנוכחי נתמך על ידי מכוני הבריאות האמריקאים (NIH) , משרד המדע והטכנולוגיה הישראלי והקרן הדו-לאומית למדע ארה”ב-ישראל (BSF).
באיור: שלושה מבטים על ביופסיה של הריאה בטכנולוגיה החדשה. המחטים (בירוק) נעות אל המטרה תוך עקיפה של מכשולים אנטומיים ובהם כלי דם גדולים (באדום), רקמת הריאה (באפור) והסמפונות (בחום) – הצינורות המחברים את קנה הנשימה לריאות.
פרופ’-מחקר דן שכטמן
פרופ’ שכטמן, חבר סגל בפקולטה למדע והנדסה של חומרים, גילה את הגבישים הייחודיים בשנת 1982. באותה שנה הוא שהה במעבדות NBS במרילנד, ארה”ב, לשם הוזמן על ידי ד”ר ג’ון כאהן.
במרילנד עסק פרופסור שכטמן בייצור חומרים מתכתיים על ידי התמצקות מהירה. מה שראה במיקרוסקופ האלקטרונים החודר באותו יום, 8 באפריל 1982, נחשב במשך 70 השנים שקדמו לכך לתופעה בלתי אפשרית: קיומו של גביש בעל סימטריה סיבובית מחומשת. בנובמבר 1984, שנתיים לאחר התגלית, פורסם המאמר של פרופ’ שכטמן ועמיתיו בכתב העת Physical Review Letters.
בעקבות התגלית ואישושה שינתה האגודה הבינלאומית של מדעני הקריסטלוגרפיה את הגדרת הגביש מיסודה, ובישראל זכה המבנה החדש בכינוי “שכטמנית”.
פרופ’ שכטמן פרץ את הדרך לתחום חדש המעסיק קבוצות מחקר רבות ברחבי העולם. ב-1987 נערכה לראשונה דיפרקציית קרני X בגבישים קוואזי-מחזוריים, שצמצמה את ההתנגדות לקבלת ממצאיו של פרופ’ שכטמן. לפני כעשור התגלו גבישים כאלה במטאוריט שנפל בחצי האי קמצ’טקה, רוסיה, מטאוריט שככל הנראה נוצר בהתנגשות בין שני אסטרואידים. בקיץ האחרון הוצגו ב-PNAS, רשומות האקדמיה האמריקאית למדעים, ראיות לכך שגבישים קוואזי-מחזוריים נוצרו בפיצוץ האטומי הידוע הראשון בהיסטוריה – ניסוי “טריניטי” שהתרחש ב-16 ביולי במדינת ניו-מקסיקו בארצות הברית ביולי 1945.
שני ביטון ושיינה גנדלמן, סטודנטיות לתואר שני בפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון, כתבו אלגוריתם החוזה את סיכוייו של הנבדק לפתח בחמש השנים הבאות פרפור פרוזדורים – הפרעת לב העלולה להוביל לתוצאות קריטיות. המחקר נעשה בהנחייתו של של ד”ר יואכים בהר, ראש המעבדה לבינה מלאכותית ברפואה (במ”ר).
פרפור פרוזדורים הוא הפרעה בקצב הלב שאינה מסכנת חיים באופן מיידי אך מגבירה משמעותית את הסיכון לשבץ ולמוות. כיום ידוע כי התנהגויות מסוימות כגון אורח חיים יושבני, עישון והשמנת יתר מגבירות את הסיכון לפרפור פרוזדורים, ולכן התרעה על סיכון כזה עשויה לאפשר לאדם לנקוט צעדים מפחיתי-סיכון ולהיכנס לשגרת מעקב שתאפשר זיהוי מוקדם של הבעיה.
הסטודנטיות אימנו מערכת של למידה עמוקה (רשת נוירונים רבודה) באמצעות יותר ממיליון רישומי אק”ג של יותר מ-400,000 מטופלים, וכך יצרו מנגנון לניבוי סיכוייו של האדם לפתח פרפור פרוזדורים בטווח של חמש שנים. לאחר מכן הן שילבו בין רשת הנוירונים העמוקה לבין מידע קליני על המטופל. מודל זה הצליח לחזות נכונה את הסיכון להתפתחות פרפור פרוזדורים ב-60% מהמקרים, תוך שמירה על שיעור ספציפיות גבוה של 95% (כלומר רק 5% מהאנשים שזוהו כאנשים בסיכון לא פיתחו את המחלה).
שיינה גנדלמן
שני ביטון
לדברי ד”ר בהר, “אין בכוונתנו להחליף את הרופא האנושי אבל ברצוננו לתת בידיו כלים טובים יותר שיתמכו בו בקבלת ההחלטות. כלים חישוביים מתקדמים יודעים לעבד נתונים באופן יעיל ומדויק יותר מכל אדם, ולמידה עמוקה מאפשרת זיהוי של דפוסים שלא היו ידועים לנו. במהלך ההיסטוריה התקדמו הרופאים ממדידת דופק ידנית לסטטוסקופ וממנו לאק”ג, ואנחנו מאמינים שניתוח אק”ג על סמך למידת מכונה הוא צעד חשוב נוסף שישפר משמעותית את איכות האבחון והמניעה.”
לדברי החוקרים, כיוון שאק”ג היא בדיקה שגרתית וזולה יחסית, אפשר לשלב את מודל למידת המכונה בפרקטיקה הקלינית וכך לשפר את ניהול שירותי הבריאות. גישה למערכי נתונים נוספים תאפשר לאלגוריתם להשתפר בהדרגה ככלי לחיזוי סיכון. יתר על כן, אפשר להתאים את המודל לניבוי מחלות אחרות של לב וכלי דם.
המחקר נערך בשיתוף עם אנטוניו ריביירו מאוניברסיטת אופסלה בשוודיה ועם גבריאלה מיאנה, קרלה מוריירה ואנטוניו לואיס ריביירו מ-Universidade Federal de Minas Gerais בברזיל. רישומי האק”ג והרישומים הרפואיים האלקטרוניים של המטופלים סופקו על ידי Telehealth Network of Minas Gerais , מערכת טלה-בריאות ציבורית שמסייעת לרוב הרשויות המקומיות במדינת מינאה ז’ראיס, ברזיל.
מבט על הסביבה הניסויית: סמנים דיגיטליים (HRV ו-MOR), תכונות של למידה עמוקה (DNN), ונתונים קליניים (EMR) משולבים יחד באימון מודל לחיזוי פרפור פרוזדורים
