Category Archives: כתבות אמצע

ד”ר אריג’ מואסי

ד”ר אריג’ מואסי מהפקולטה לחינוך למדע וטכנולוגיה עוסקת במדעי הלמידה ובעיצוב סביבות למידה חדשניות. ד”ר מואסי, בוגרת בית הספר התיכון האורתודוקסי הערבי בחיפה. התנסתה לראשונה בהוראה בכפר חינוכי שחשף ילדים לחינוך סביבתי דרך פעילויות בטבע, קשר עם אדמה וסביבה ולמידה על עונות השנה. “ההתנסות שם לימדה אותי המון על הקשר בין למידה וקהילה ובין תלמידים, מורים והורים וגרמה לי להתעניין בחינוך ובשאלה איך אנשים לומדים.”

את לימודיה האקדמיים היא השלימה באוניברסיטה העברית (תואר ראשון במנהל עסקים וחינוך) ובאוניברסיטת אריזונה -סטייט (תואר שני בחינוך טכנולוגי ותואר שלישי בלמידה, אוריינות וטכנולוגיות למידה). באוניברסיטת אריזונה-סטייט היא הייתה מלגאית פולברייט ועבדה ב”מרכז למדע ודמיון” – מרכז המקדם חדשנות וחשיבה על העתיד באמצעות מחקר יישומי בין-תחומי שמחבר בין ספרות, אומנות, מדע והנדסה תוך כדי עבודה עם קהילות מגוונות.

במסגרת הפוסט-דוקטורט באוניברסיטת קולורדו בולדר הייתה ד”ר מואסי עמיתת מחקר ב- iSAT (NSF National AI Institute for Student-AI Teaming) – מכון הפועל לפיתוח טכנולוגיות בינה מלאכותית לחינוך תוך הפיכת כיתות הלימוד לסביבות למידה שיתופיות, שוויוניות ומעודדות מעורבות. המחקר של ד״ר מואסי התמקד בפיתוח תוכני למידה של אוריינות בתחום ה-AI בדגש על ממדים חברתיים ותרבותיים של טכנולוגיות מתקדמות כגון bias, הוגנות, תפיסות מגוונות ועיצוב נגיש.

מדבר אומת הנאוואחו באריזונה

באוקטובר 2022 היא הצטרפה לסגל הפקולטה לחינוך למדע וטכנולוגיה בטכניון. קבוצת המחקר של ד״ר אריג׳ מואסי תתמקד בחקר תהליכי למידה בראי חברתי-תרבותי, עיצוב למידה ואינטראקציות ופיתוח שיטות מחקר שיתופיות עם לומדים ואנשי חינוך.

ד”ר מואסי מתמקדת במחקר שמשלב בין מדעי הלמידה ועיצוב סביבות למידה אינטראקטיביות תוך כדי שימוש בטכנולוגיות ומדיה דיגיטלית. דוגמאות: תהליכי עיצוב שיתופי של תכני למידה ב-AI (NSF2019805), הגדרה עצמית תוך כדי מעורבות בפעילויות מדע פעלתניות (science hands-on activities), עיצוב ופיתוח סביבת למידה דיגיטלית שיתופית בכיתה לעידוד עזרה במתמטיקה (NSF1736103), למידה מבוססת נרטיב וטרנסמדיה לפיתוח אוריינות לאתיקה ואחריות מדעית וטכנולוגית (NSF1516684).

בנוסף לכך, בעבודתה המחקרית בוחנת ד״ר מואסי ממדים חברתיים ותרבותיים של תהליכי למידה ומעורבות תלמידים. לד״ר מואסי מאמרים שהתפרסמו בכתבי עת שונים בחינוך ובהם Journal of Science Education and Technology, British Journal of Educational Technology, Journal of Moral Education. אחד ממאמריה האחרונים מתמקד בפיתוח חשיבה אתית דרך הקונספט “אחריות במחקר ובחדשנות” באמצעות פעילות במוזיאון. החוויה במוזיאון מבוססת על “פרנקנשטיין”, הרומן של מרי שלי המתאר ממציא יומרני שבחר בהישג המדעי על פני שיקולים אתיים ואחריות חברתית. במאמר, שראה אור ב-25 בנובמבר, מסבירים ד”ר מואסי ועמיתיה כי “אחריות במחקר ובחדשנות” היא קונספט של חשיבה על השלכותיהן של תגליות בעולם ה-STEM. המאמר מציג מתווה של למידה פעילה במוזיאון.

ים ושמיים, חיפה

לד”ר מואסי תחביבים רבים ובהם כתיבה, צילום וקליגרפיה. “לחלק מתחביבים אלה גם היה מקום במחקר שלי,” היא אומרת. “חשיבה דרך אומנות לימדה אותי להבחין בהרכבי אינטראקציות בתהליכי למידה ולראות תהליכים אלה גם כיצירות אומנות, למשל – עם מי תלמידות מדברות, איך התנהגותם של תלמידים משתקפת דרך תנועת במרחב למידה ועם חפצים, לאן הם מביטים וכיצד מבטים אלה והתנהגות מלמדים על כוחות ודינמיקה של אינטראקציות במרחב למידה.”

במסגרת מחקר שבו שיתפה פעולה עם עמותת אלרואד למדע וטכנולוגיה ערכה ד”ר מואסי ניתוח מיקרו-אנליטי שדרכו הדגישה שכל שנייה ודקה יכולות ללמד אותנו משהו חדש על התנהגותם של לומדים בסביבת למידה. לדוגמה, התלמיד (בתמונה משמאל לימין) פנה למורה לייצוב החלקים שהדביק. המורות ברקע (לא רואים אותן בתמונה) עודדו אותו לשים את החפץ על השולחן ולהמתין עד שהדבק מתייבש. התלמיד מחזיר את החפץ שבנה לשולחן. אחר כך הוא מנסה לייצב את החלקים בעצמו (תמונה שנייה) ובודק את האיזון של שני החלקים (תמונה שלישית). ״לתמונות האלה יש עבר ועתיד בסביבת לימודים זו. הקשר שהתגבש עם מורות סיפק הזדמנויות שונות לתלמידים לפנות לעזרה אבל גם להתנסות בעצמם. המקרה של תלמיד זה הוא מיוחד, כי הוא התקשה לבנות את החפץ שלו בכמה מקרים אך גם קיבל עזרה מתלמידים אחרים בסביבה. דוגמאות כאלה מזמינות חוקרות ואנשי חינוך לחשוב על מגוון אינטראקציות בסביבות למידה ואיך עיצוב הוראה יכול לתרום (או לא) להתפתחותן באופן הוגן.״

דיקנית הפקולטה לחינוך למדע וטכנולוגיה, פרופ’ טלי טל, מוסיפה ש”עיסוק מחקרי בסוגיות של גיוון והדרה חשוב במיוחד כיום, כאשר החברה הערבית מהווה כחמישית מן האוכלוסייה בישראל וכאשר מורים רבים מן החברה הערבית לומדים ומשתלמים בטכניון. המיקוד של ד”ר מואסי במגוון חברתי-תרבותי ובהוגנות יוסיף נדבך חשוב לעבודה המחקרית וההוראה בפקולטה.”

חוקרים במעבדתה של דיקנית הפקולטה למדע והנדסה של חומרים פיתחו התקנים המגשרים בין אלקטרוניקה וביולוגיה – התקנים המתאימים בין השאר לניטור יונים שונים בתמיסה וחישה במערכות ביולוגיות.

את המחקר הובילו הדוקטורנט אייל שטיין ודיקנית הפקולטה פרופ’ גיטי פריי והשתתפו בו עמיתיהם בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון בטכניון, אוניברסיטת אוקספורד ואוניברסיטת המלך עבדאללה למדע וטכנולוגיה בסעודיה. המאמר התפרסם ב-Nature Communications.

פרופ’ גיטי פריי ואייל שטיין

חוקרי הטכניון פיתחו במחקר זה ארגז כלים ליצירת OECTs – טרנזיסטורים אלקטרוכימיים אורגניים המשמשים במגוון רחב של יישומים, לרבות יישומים המצריכים התאמה לרקמות ביולוגיות (bio-compatible). רכיבים אלה ממירים אותות יוניים בתמיסה מימית לאותות חשמליים ולכן מתאימים במיוחד לשימושים המצויים על הממשק שבין ביולוגיה ואלקטרוניקה. “פעולת ההתקנים מבוססת על אינטראקציה צמודה בין יונים ואלקטרונים,” מסבירה פרופ’ פריי, “ולכן מתאפשר כאן תרגום בין שני סוגי האותות שמסוגלים ‘לדבר’ ביניהם. התרגום הזה בין אותות ביולוגיים לאותות חשמליים חיוני לפיתוח של התקנים רפואיים חדשניים.”

חדשנותו של המחקר מצויה ביצירת התקן אמביפולרי – כזה שמסוגל להוליך זרם של אלקטרונים ועמיתיהם בעלי המטען המנוגד, חורים, על ידי שילוב של שני חומרים פעילים בעלי קיטובים מנוגדים (פוליתיופן ונגזרת של פולרן). שילוב זה מאפשר ורסטיליות רבה להתקן וביצועים משופרים יחסית לחומרים קיימים. המחקר שפורסם מאשש כי שני הרכיבים פעילים מבחינת אופטית, אלקטרוכימית וחשמלית, ובה בעת אינם מפריעים זה לזה. אחידות השכבה הפעילה והיציבות החשמלית טובות הודות למיקרו-מבנה של השכבה ברמה הננומטרית.

הטכנולוגיה החדשה עשויה להאיץ את פיתוחם וייצורם של מעגלים משולבים מבוססי OECTs אמביפולריים לטובת שימושים ביולוגיים. להערכת החוקרים, ההישג הנוכחי יסלול דרך לתכן וייצור של דור חדש של ביואלקטרוניקה קומפקטית, גמישה לשינויים ופשוטה לייצור. טכנולוגיה זו יכולה לשמש בין השאר לאבחון מיידי של מצבים פיזיולוגיים שונים, התפתחות סרטנית, פעילות מוחית ועוד על סמך שינויים בנוזלי גוף וברקמות רכות.

סכמה של ההתקן האמביפולרי (ימין) וגרף שמראה את הביצועים שלו במתחים חיוביים ושליליים (שמאל) עם המולקולות שבהן נעשה שימוש במחקר.

למחקר – לחצו כאן

במחקר תמך האיחוד האירופי (מענק בתוכנית Horizon 2020).

טקס סיום תואר ראשון

דניאלה בר-לב, בת 29 כיום, התאהבה במתמטיקה בתקופת התיכון, כשלמדה בכיתת מחוננים ולקחה גם קורסים באוניברסיטה הפתוחה. “בקורסים האלה נחשפתי למתמטיקה שמעבר לחשבון שלומדים בתיכון והבנתי שזה התחום שארצה לעסוק בו. כשנרשמתי לטכניון עוד הדהדה בראש שלי האזהרה המוכרת ‘אין מה לעשות עם תואר במתמטיקה’, ולכן נרשמתי למתמטיקה וגם למדעי המחשב כדי לטעום משני התחומים ולבחור באחד מהם. מהר מאוד הבנתי שאני אוהבת את החיבור הזה והשלמתי תואר כפול במתמטיקה ובמדעי המחשב.”

היא גדלה באשדוד, שם היא גרה גם כיום עם בן הזוג שלה. הוריה עלו בשנות ה-70 מברית המועצות – אמה עובדת שנים רבות באגף הכספים בבית החולים וולפסון ואביה במפעלי אקרשטיין. “שניהם לא אנשי מחשבים, כך שאת האהבה לתחום פיתחתי בעצמי. גם הבחירה בלימודים גבוהים לא הייתה טריוויאלית כי באשדוד אין אוניברסיטה, והאקדמיה אינה משהו שאתה נושם ביום-יום. ובכל זאת, הנה אני אחרי תואר ראשון ושני ובעיצומו של הדוקטורט.”

את התואר הראשון, שסיימה בהצטיינות ראויה לשבח, היא השלימה במסגרת “לפידים” – תוכנית המצוינים של הפקולטה למדעי המחשב, שנועדה לאתר את מנהיגי העתיד בתעשיית ההייטק ולהכשירם. לקראת סיום התואר היא החלה לעבוד כמתרגלת בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב ובין השאר תרגלה את אחותה הקטנה, גם היא סטודנטית בפקולטה.

באותה תקופה כבר היה לה ברור שהיא רוצה להמשיך לתואר שני, אבל החיפוש אחר מנחה לא הניב פירות. בשלב מסוים היא החלה לחפש מנחים באוניברסיטאות אחרות אבל פגישה עם פרופ’ שאול מרקוביץ’, שהיה אז סגן דיקן הפקולטה ללימודי הסמכה (תואר ראשון), שינתה את המסלול. “הוא אמר לי לעצור הכול ולא להתקדם לפני שאדבר עם פרופ’ איתן יעקובי. הלכנו אליו יחד והוא סיפר לי מה הוא עושה והמשיך איתי לפרופ’ טובי עציון, שהיה המנחה שלו בתואר השני. זאת הייתה אהבה ממבט ראשון גם מבחינה אישיותית וגם מבחינה אקדמית, ומאוד שמחתי ששניהם הסכימו להיות מנחים משותפים שלי בתואר השני. למחרת כבר התחלתי לעבוד על הצעת מחקר.”

מחקר התואר השני של דניאלה, שהתפתח לעבודת דוקטורט, עוסק בהיבטים של אחסון מידע ב-DNA. תחום זה, המתפתח במהירות בעשור האחרון, מתמקד באפשרות לאחסן מידע בחומר ביולוגי במקום בהתקנים אלקטרוניים. גישה זו מאפשרת מזעור דרמטי של מערכות האחסון, שמירת המידע לטווח ארוך פי 1,000 מאשר באחסון אלקטרוני והפחתה עצומה בעלות האנרגטית והכלכלית.

בכנס ISIT בפינלנד עם פרופ׳ איתן יעקובי ושני דוקטורנטים מהקבוצה

מולקולת ה-DNA היא שרשרת המורכבת מתרכובות אורגניות הקרויות נוקלאוטידים. הנוקלאוטידים מתחלקים לארבעה סוגים המסומנים באותיות A,C,G,T. בהתאם לכך, האחסון ב-DNA מבוסס על צירופים של ארבע אותיות במקום השפה הבינארית (אפס ואחד) המקובל בטכנולוגיות שבהן משתמשים כיום.

כדי לכתוב (לאחסן) את המידע בטכנולוגיה זו דרושה סינתזה – יצירה של מולקולות DNA המייצגות את הרצף; וכדי לקרוא את המידע נדרש ריצוף של אותן מולקולות.

עם פרופ׳ טובי עציון

תהליך הקריאה של מידע המאוחסן ב-DNA הוא תהליך מורכב, ומורכב אפילו יותר הוא תהליך הכתיבה. בתהליכים אלה מתרחשות שגיאות מסוגים שונים, ובכך מתמקדת עבודת המחקר של דניאלה. “השגיאות באחסון DNA שונות מאוד מאלה שבחומרה טיפוסית וזה משפיע גם על הקידוד וגם על הפענוח. דרושים כאן המון כלים מתמטיים ולכן מתחייב כאן חיבור למתמטיקה, תחום שאני כמובן אוהבת ויכולה לתרום גם בו.”

דניאלה מדגישה היבט נוסף שמעניק לה סיפוק בעבודת המחקר – הידיעה שמדובר בעבודה בעלת פוטנציאל השפעה עצום. “כשהתחלתי את התואר השני דיברו על זה שמדובר בתחום מבטיח. כיום כבר ברור לי שזה תחום שישנה את העתיד. האחסון האלקטרוני מגיע לקצה גבול היכולת מכל הבחינות – שטחים פיזיים, עלויות, אנרגיה והשפעה סביבתית – ודרושה אלטרנטיבה דרמטית, לא עוד שיפור פה ושם. אין לי ספק שאחסון ב-DNA הוא אופציה מעולה, היא פשוט דורשת עוד עבודה עד שתהיה זמינה באופן נרחב. בזיכרון קונוונציונלי אנחנו יודעים מה הכתובת שאליה אנחנו צריכים לגשת בחומרה; ב-DNA, לעומת זאת, מדובר במרק של מולקולות, והעבודה איתו שונה לחלוטין. אני מקווה שאת התרומה שלנו בתחום תיקון שגיאות נראה בעתיד הקרוב גם במישור היישומי.”

ההחלטה שלה להמשיך מתואר שני לשלישי התגבשה בתקופת הקורונה. “זאת הייתה תקופה של הרבה עבודה מהבית והרבה מחשבות, והעליתי את הרעיון בפני איתן. החיוך על הפרצוף שלו נתן לי אישור לכך שאני בדרך הנכונה ויותר מזה – שאני טובה במה שאני עושה. ההכרה הזאת מאוד חשובה כי לא תמיד אנחנו יודעים להעריך את עצמנו כראוי, בטח בתקופות סגרים כשאנחנו לבד עם עצמנו בבית.”

בעקבות ההחלטה, ועל סמך הישגיה בתזה לתואר שני, היא התקבלה למסלול ישיר לדוקטורט. כיום ברור לה שהדוקטורט אינו סוף פסוק. “אני אוהבת לחקור ואוהבת ללמד, וכיום אני גם מלווה סטודנטים לתארים מתקדמים. אני אוהבת את העולם האקדמי שממש לא הכרתי עד שהגעתי לכאן, וזה בהחלט המקום שלי. חשוב לי גם לחשוף ילדים ונערים לעולם הזה ולכן אני מתנדבת בבתי ספר, שם אני מציגה מה אני עושה ואיך נראה המסלול האקדמי. בתוך כך אני מתייחסת לחששות האופייניים לתלמידות ומשתדלת לנפץ את הסטריאוטיפים המגדריים הקשורים ללימודים בכלל ולאקדמיה בפרט, ואני מקווה שגם כאן אני משפיעה באופן משמעותי.”

במהלך השנים זכתה דניאלה במלגות ופרסים ובהם מלגת גוטווירט, הצטיינות פקולטית, פרס מתרגל מצטיין מַתְמִיד, פרס המאמר הטוב ביותר בכנס ופרס ות”ת על שיתופי פעולה במדעי הנתונים. “דניאלה היא הטובה ביותר מבין כל הסטודנטים שהיו לי,” אומר פרופ’ יעקובי. “היא עוזרת לי בהנחיית סטודנטים לתואר שני ולמעשה מובילה את קבוצת המחקר שלי תוך הנחיה וסיוע להמון סטודנטים. אני בטוח שהיא תהיה חברת סגל, והלוואי שזה יהיה בטכניון.”

דניאלה בר-לב השתתפה לאחרונה בסדנה לדוקטורנטיות מצטיינות מהטכניון במסגרת YFLIS – מנהיגות צעירות במדע.

שש החוקרות הראשיות שהובילו את המסע, מימין לשמאל: פרופ’ רנדל בנדי מאוניברסיטת וושינגטון, פרופ’ דבי לינדל מהטכניון, פרופ’ לורי ג’ורנק מאוניברסיטת אורגון, פרופ’ אנג’ל ווייט מאוניברסיטת הוואי, פרופ’ ג’יג’ר ארמברוסט (המדענית הראשית של המשלחת) מאוניברסיטת וושינגטון ופרופ’ אניטרה אינגלס מאוניברסיטת וושינגטון

צוות מחקר מהטכניון, ובו שלוש חוקרות וחוקר, שב לאחרונה ממסע מחקר באוקיינוס השקט. את הצוות הובילה פרופ’ דבי לינדל מהפקולטה לביולוגיה והוא כלל את לור ארסניף, פוסט-דוקטורנטית מצרפת, קמליה גוצ’ב, דוקטורנטית מישראל, וסיגיטס סולציוס, עמית מחקר מלטביה.

המשלחת יצאה ב-22 בינואר מסן דייגו, הפליגה מעבר לקו המשווה וסיימה את המסע בהונולולו ב-18 בפברואר. לדברי פרופ’ לינדל “זה היה מסע מיוחד מאוד בהקשר של נשים במדע, שכן גם בקבוצת המדענים כולה היה רוב נשי – 19 מתוך 34 חברי צוות ו-100% מהחוקרים הראשיים. זהו אירוע מאוד נדיר בעולם האוקיינוגרפיה, ואני מקווה שהוא יעניק השראה לחוקרות צעירות השואפות להיכנס לתחום זה.”

מטרת המסע כולו הייתה חקירה של מנגנונים ביולוגיים המכתיבים את המבנים של אוכלוסיות ביולוגיות שונות בקווי רוחב שונים ובתנאי סביבה שונים. הצוות הטכניוני התמקד בתפקידם של נגיפים באותם אזורים ותנאים.

צוות הטכניון, מימין לשמאל: ד”ר סיגיטס סולציוס, פרופ’ דבי לינדל, הדוקטורנטית קמליה גוצ’ב וד”ר לור ארסניף

המסע התקיים באוניית המחקר תומס ג’ תומפסון, שנבנתה ב-1990 ושייכת ליחידת המחקר של הצי האמריקאי. האונייה, שאורכה כ-84 מטר, קרויה על שם הכימאי האמריקאי תומפסון שהקדיש את חייו לחקר מי הים. היא בנויה למסעות של 35 אלף קילומטרים, יכולה לאכלס 59 איש ומצוידת במערכות מתקדמות של חישה, מדידה ועוד. ההפלגה מומנה על ידי קרן סימונס, התומכת גם בקבוצת המחקר מהטכניון, ועל ידי הקבוצות מהאוניברסיטאות האחרות.

תמונה קבוצתית של הנשים בצוות המחקר

הישג ניסויי של חוקרים בטכניון בתחום העיבוי הקוונטי עשוי להאיץ מחקרים בעיבוד מידע קוונטי ובמגוון תחומים במדעים מדויקים ובמדעי החיים. את המחקר שהתפרסם בכתב העת Optica הובילו הדוקטורנט נדב לנדאו ופרופ’ אלכס חייט מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי.

מימין: הדוקטורנט נדב לנדאו ופרופ’ אלכס חייט

עיבוי קוונטי הוא תופעה פיזיקלית שבה מספר רב של חלקיקי חומר שומר על קוהרנטיות בזמן ובמרחב – תכונה חשובה מאוד עבור רבות מהטכנולוגיות הקוונטיות המתפתחות כיום. עיבוי קוונטי מעורר אופטית, כלומר על ידי פוטונים, הושג עד כה רק באמצעות בליעה חד-פוטונית – תהליך שבו פוטון יחיד מעורר חלקיק חומר למצב בעל אנרגיה גבוהה יותר, שם מתרחש העיבוי.

לבליעה דו-פוטונית, שבמהלכה נבלעים שני פוטונים בחומר בעת ובעונה אחת, ישנם יתרונות מדעיים וטכנולוגיים רבים, ובין השאר היא חיונית ליישומי זיכרון קוונטי ארוך-טווח. מצבי החומר אליהם ניתן להגיע בתהליך בליעה כזה מאופיינים בפליטה ירודה של אור, ולכן קרויים בהקשר זה “מצבים חשוכים”.

כדי לייצר בליעה דו-פוטונית שתוביל לעיבוי, נדרשים תנאים ייחודיים שלא הושגו עד כה בשל אתגרים טכנולוגיים ומדעיים מורכבים. בין השאר, נדרשים לייזרים בעוצמה גבוהה במיוחד ופולסים אולטרה-קצרים בזמן כדי להימנע מחימום. חוקרי הטכניון התגברו על האתגרים האמורים ובמאמר הם מציגים עיבוי קוונטי בתהליך בליעה דו-פוטוני בשבב מוליך למחצה. הישג זה סולל את הדרך לטכנולוגיות קוונטיות חדשות הניתנות למימוש מעשי על ידי צימוד “מצבים חשוכים” לעיבויים קוונטיים בפלטפורמת מצב מוצק.

אחד היישומים המבטיחים של פריצת הדרך הוא מימוש מקורות לייזר יעילים במיוחד בתחום תדרי הטרה-הרץ (THz) של הקרינה האלקטרומגנטית. מקורות כאלה חיוניים ליישומים רבים בתחום החישה הביולוגית, האבטחה, מדע החומרים והתקשורת, אולם מציאתם מהווה אתגר רב שנים הקשור באילוצים פיזיקליים יסודיים. התוצאה אליה הגיעו החוקרים יכולה לאפשר, באופן עקרוני, השגה של פליטת THz מוגברת בסדרי גודל באמצעות תהליך של פליטה באילוץ כפול.

במחקר תמכה הקרן הלאומית למדע

לקריאת המאמר – לחצו כאן

התמונה מציגה דיאגרמת פסי אנרגיה של מיקרו-מהוד מבוסס מוליך-למחצה מסוג GaAs כפי שנחקר בניסוי, שנוצר בו עיבוי קוונטי של קוואזי-חלקיקים מצומדי אור-חומר הקרויים אקסיטון-פולריטונים (Exciton-polaritons) – באמצעות בליעה דו-פוטונית. ההישג סולל את הדרך לסכמות בקרה קוהרנטית חדשות ולמימוש מקור לייזר יעיל בתחום תדרי הטרה-הרץ (THz) של הקרינה האלקטרומגנטית

פרופ’ למפל

הטכניון אבל על מותו של פרופ’ אמריטוס אברהם למפל ז”ל מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב ומשתתף בצערה של המשפחה. פרופ’ למפל היה שותף לפיתוח אלגוריתם למפל-זיו, אלגוריתם ששינה את עולם הדחיסה ונחשב לאחת מפריצות הדרך הטכנולוגיות המשמעותיות ביותר שהושגו במדינת ישראל ובתולדות הטכניון על ידי חוקריו.

פרופ’ למפל, יליד פולין (1936), החל ללמוד בטכניון ב-1959 והשלים את שלושת תאריו האקדמיים תוך 8 שנים. הוא לימד בטכניון הנדסת חשמל ומדעי המחשב ובשנים 1984-1981 שימש דיקן הפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב. בשנת 1993 גויס למעבדות HP וכעבור שנה הקים וניהל את מעבדות HP ישראל. הוא היה עמית IEEE ועמית בכיר ב-HP וחברת HP רשמה על שמו שמונה פטנטים בארצות הברית.

בשנת 1977 פרסם פרופ’ למפל, עם עמיתו פרופ’ מחקר יעקב זיו מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי, את LZ7, הגרסה הראשונה של אלגוריתם למפל-זיו, ובשנת 1979 את הגרסה השניה 79LZ. שתי הגרסאות, תחת הכינוי אלגוריתם LZ, שימשו בסיס לטכנולוגיות דחיסה חיוניות כגון TIFF ,PNG ,ZIP ו-GIF ומילאו תפקיד מרכזי בפורמטים PDF (למסמכים) ו-MP3 (למוזיקה). זהו אלגוריתם לדחיסת מידע המאפשר דחיסה ללא אובדן מידע (lossless compression), וללא ידיעה מוקדמת של התכונות הסטטיסטיות של המידע. על בסיסו של האלגוריתם פותחו רבות מטכנולוגיות הדחיסה המשמשות כיום באינטרנט בהתקני זיכרון, במחשבים ובתקשורת. השפעתו של האלגוריתם ניכרת בחברות המפתחות טכנולוגיה ומגיעה לכל משתמשי הקצה, לרבות מיליארדי משתמשי הטלפון הסלולרי.

פרופ’ אברהם למפל

בשנת 2004 הכריז האיגוד הבינלאומי של מהנדסי החשמל והאלקטרוניקה (IEEE) כי אלגוריתם למפל-זיו הוא “אבן דרך בהנדסת האלקטרוניקה והמחשבים”. נשיא האיגוד הסיר את הלוט מעל השלט המציין זאת, ובו נכתב כי “האלגוריתם לדחיסת מידע שפיתחו אברהם למפל ויעקב זיו במקום הזה, בשנים 1977-79, מאפשר העברת מידע ביעילות באמצעות האינטרנט. האלגוריתם תרם תרומה משמעותית להפיכתה של רשת האינטרנט לאמצעי אפקטיבי בתקשורת הגלובלית”.

נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון ספד לו ואמר כי “פרופ’ אמריטוס למפל ז”ל היה מקור השראה לכולנו, ונמנה עם החוקרים הגדולים ביותר שהעמיד הטכניון במאה שנותיו. אלגוריתם למפל-זיו תרם לעולם, ללא תמורה, טכנולוגיה חסרת תקדים המאפשרת העברת מידע במהירות וללא אובדן מידע. בחייו המקצועיים גילם פרופ’ למפל את החיבור בין העמקה במדע בסיסי להצטיינות במחקר יישומי. מעטים החוקרים שמחקריהם השפיעו באופן כה נרחב על הקידמה הטכנולוגית ועל חיי היום-יום שלנו. יהי זכרו ברוך.”

פרופ’ למפל זכה במהלך השנים בעשרות פרסים יוקרתיים ואותות הוקרה, ובהם IEEE Golden Jubilee Award על חדשנות טכנולוגית, פרס ACM לתיאוריה ויישום, מדליית המינג מטעם IEEE ופרס רוטשילד.

על פי ACM, האגודה החשובה ביותר בתחומי המחשוב ומדעי המחשב, “השפעת עבודתם של הפרופסורים למפל וזיו כה עצומה, שהמחקר הנוכחי בתחום עודנו תוסס כפי שהיה לפני עשרות שנים, וכל שנה אנו רואים עוד תאורטיקנים וחוקרים יישומיים עוסקים בהרחבה ובפיתוח של הרעיון האלגנטי שהשניים הציגו. אין זו הגזמה לומר כי טכנולוגיות הדחיסה שנבעו ממחקרם של למפל וזיו האיצו את היישומים במחשוב נייד ובמולטימדיה והפכו אותם לישימים מבחינה כלכלית.”

האסטרונאוט איתן סטיבה בהרצאה

האסטרונאוט הישראלי איתן סטיבה ביקר בשבוע שעבר בטכניון במסגרת שבוע החלל הישראלי. הוא נפגש עם חוקרים וסטודנטים והרצה על המסע לתחנת החלל הבין-לאומית בינואר 2022 – מסע שארך 17 ימים, שעה ו-49 דקות.

הסטודנטים והסטודנטיות שהשתתפו במפגש הציפו את סטיבה בשאלות: האם הרקע שלך כטייס קרב עזר לך במשימה? האם האסטרונאוטים רבים על המקום ליד החלון? האם לשהייה בחלל יש השלכות פיזיולוגיות שליליות? האם יש בתחנת החלל מרחב פרטי? אילו סרטים ראיתם שם? איך מתארגנים על ניקיון ומשימות אחרות?

במהלך שהותו בתחנת החלל ערך סטיבה עשרות ניסויים, העביר תכנים חינוכיים ושיעורים והציג יצירות אומנות ישראליות. “הניסויים בתחנת החלל,” אמר. “נועדו לעורר סקרנות בקרב הציבור – מילדים ועד זוכי פרס נובל. הרעיון הוא ‘חלל לכולם’ – מעורבות של כולם במה שקורה בחלל.” אחד הניסויים האלה בחן פיתוח חדשני של קבוצת המחקר של פרופ’ מורן ברקוביץ’ מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון: ייצור עדשות בתנאי מיקרו-כבידה. פרופ’ ברקוביץ’ שפתח את האירוע סיפר כיצד עקב ממרכז הבקרה של משימת רקיע בתל אביב אחר הניסוי שערך סטיבה בתחנת החלל. “זה היה ניסוי מורכב שלא היה יכול להצליח ללא היכולות הטכניות, קור הרוח והדיוק של איתן. הכישרון שלו הוא כמעט על אנושי.”

נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון והאסטרונאוט איתן סטיבה

נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון  אמר באירוע כי “החלל הופך להיות נגיש יותר ויותר, עם הרבה חברות אזרחיות הנכנסות לתחום. זו מהפכה של ממש, ואני שמח על הגידול במספר הניסויים הנערכים בחלל, שכללו גם את הניסוי של פרופ’ מורן ברקוביץ’ מהטכניון.”

בביקורו בטכניון חלק סטיבה חוויות מהשיגור – מאימוני הסימולטור, דרך ההתרגשות בשיגור וההתחברות לתחנת החלל ועד לקושי להסתגל שוב לכוח המשיכה של כדור הארץ. “ההצלחה בחלל מותנית בשיתוף פעולה בין-לאומי, ואנחנו פתחנו את העולם של חלל מסחרי. נופי החלל הם מראות מרהיבים ואני שמח על ההזדמנות שניתנה לי.”

בנוסף להרצאה נפגש סטיבה עם משתלמים לארוחת צוהריים שבה הם תיארו את מחקריהם בנושא חלל ושאלו שאלות . לבסוף נפגש סטיבה עם פרופ’ יורם רוזן, ראש מכון אשר לחקר החלל, ועם שירה אטינג לשיחה על פרויקט חלל עתידי בנושא קיימות והתחממות גלובלית.

שיגורו של סטיבה לתחנת החלל נערך במסגרת “רקיע” – יוזמת החלל של קרן רמון, בשיתוף סוכנות החלל הישראלית במשרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה. רקיע הייתה חלק ממשימה גדולה יותר – משימת החלל הפרטית הראשונה בהיסטוריה בהובלת חברת אקסיום.

פרופ’ מאיר אורנשטיין

אחד המרכיבים המרכזיים בשעונים האטומיים הקטנים הוא לייזר פולט-שטח הידוע בשם ויקסל (VCSEL). זהו לייזר זעיר מוליך למחצה (כ-1,000 ויקסלים נכנסים לגרגיר מלח) המשמש במגוון יישומים ובהם טלפונים סלולריים, חיישני רכב ורשתות תקשורת אופטיות במרכזי מידע(data centers) . כשמדובר בשעונים אטומיים, הדרישות מהויקסל מחמירות ביותר, למשל עבודה בטמפרטורות קרובות ל-100 מעלות ודיוק רב בצבע האור הנפלט. דרישות אלה הופכות את פיתוחם של ויקסלים כאלה לאתגר טכנולוגי מורכב במיוחד. הויקסל שפותח בטכניון עונה על כל הדרישות הללו ואף מציג ביצועים העולים על אלה של הלייזרים הטובים ביותר בעולם כיום.

פריצת הדרך בטכניון נעשתה במסגרת מאגד “ויקסל” של רשות החדשנות – מאגד שבו שותפות חברות תעשייתיות (NVIDIA, SCD, אקיוביט הולואור וסיון) וחוקרים מהטכניון ומהאוניברסיטה העברית. המאגד קם מתוך ההבנה ברשות החדשנות שויקסלים הם רכיב קריטי לתעשיות ישראליות רבות ומתוך הכרה בכך שבטכניון נמצאות המומחיות והתשתית למימוש ופיתוח ברמה תעשייתית. הצלחת הפרויקט מבוססת גם על שיתוף הפעולה של הטכניון עם הסניף הישראלי של NVIDIA, מלאנוקס לשעבר – שיתוף פעולה רצוף המתבטא גם בפעילויות מחוץ למאגד.

“הגורם העיקרי בהצלחה הוא כמובן הטכניון עצמו,” אומר פרופ’ איזנשטיין, ראש המכון לננו טכנולוגיה RBNI והמנהל הזמני של MNFU – המרכז לננואלקטרוניקה ע”ש שרה ומשה זיסאפל. לדבריו, “האחראי העיקרי להישג המרשים הוא פרופ’ מאיר אורנשטיין, ראש המעבדה לננו ומיקרופוטוניקה בפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי. מאיר עובד על ויקסלים מאז שנות השמונים, כששהה בארצות הברית, ויש לו תרומות משמעותיות ומתמשכות לטכנולוגיה הזאת ובהן ההמצאה שאפשרה את הייצור התעשייתי של ויקסלים.”

פרופ’-מחקר מוטי שגב

פרופ’ אורנשטיין תכנן את השכבות שמומשו בעזרת השותפים מ-NVIDIA, גיבש את התכן של מבנה הויקסל ופיקח על מימוש ההתקנים ב- MNFU. לדברי פרופ’ איזנשטיין, “צוות המהנדסים והטכנאים של MNFU, בראשות איה כהן, הדגים את היכולות המצוינות שלו והוכיח שניתן לפתח במעבדות הטכניון התקנים מורכבים ומסובכים לטובת צרכים קריטיים של התעשיה הישראלית.”

נציגי הטכניון במאגד הם שלושה חוקרים מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי: פרופ’ מאיר אורנשטיין, פרופ’-מחקר מוטי שגב ופרופ’ גדי איזנשטיין. חוקרי הטכניון הדגימו כאמור פיתוח ויקסלים שמיועדים לשעונים אטומיים זעירים. ההתקנים הוכחו כטובים יותר מויקסלים מסחריים שבהם משתמשת חברת השעונים האטומים אקיוביט, שגם היא משתתפת במאגד, בכל פרמטר שחשוב לפעולת השעון הזעיר.

המאגד מפתח גם ויקסלים לשימושים אחרים. חברת  NVIDIA מובילה במאגד את קבוצת העבודה המתמקדת בפיתוח ויקסל בעל יכולת העברת מידע גבוהה בהרבה מהקיים כיום, וזאת לצרכים של רשתות תקשורת אופטית עתידיות. הטכניון תורם למאמץ זה בעיקר באפיונים של הויקסלים המהירים.

פרופ’ גדי איזנשטיין

כיוון פיתוח נוסף במאגד הוא ויקסלים מרובים הפועלים כמקור מאוחד הפולט הספק גבוה בבהירות גבוהה. כיוון זה מרוכז על ידי חברת המ״מ ויש לו שני ערוצים. הראשון הוא מערך צפוף של ויקסלים הפולטים אור בצורה משותפת (קוהרנטית), שאותו המציא פרופ’ אורנשטיין, והוא מתוכנן ומיושם בשיתוף פעולה הדוק עם חברת המ״מ. השני מרוכז על ידי פרופ’ מחקר מוטי שגב. פרופסור שגב המציא את הלייזר הטופולוגי ועכשיו מפתח יחד עם חברת המ”מ מערך ויקסלים טופולוגיים שמהווים מקור אור רב עוצמה שחסין להפרעות חיצוניות.

ההישג הנוכחי של המאגד בהובלת הטכניון הדגים כאמור ויקסלים לשעונים אטומיים זעירים, ולדברי פרופ’ איזנשטיין, “ההצלחה הזאת מוכיחה את יכולתו של הטכניון לפתח כל סוג של ויקסל, ולא רק את אלה שהוגדרו במאגד, כמו גם רכיבים אופטו-אלקטרוניים אחרים שחשובים לתעשייה הישראלית.”

מרכז זיסאפל לננו-אלקטרוניקה ומרכז וולפסון למיקרואלקטרוניקה

פרופ’ מאיר אורנשטיין בוחן את תהליך החמצון הייחודי בחדר הנקי ב-MNFU

להבאתו של תחום המיקרואלקטרוניקה לישראל אחראי במידה רבה פרופ’ יצחק קדרון ז”ל, שהקים בשנת 1969 את המרכז ללימודי מיקרואלקטרוניקה בטכניון. שנים ספורות לאחר מכן, על רקע מלחמת יום כיפור, קיבל המרכז הצעיר משימה לאומית הרת גורל: לפתח טכנולוגיות לראיית לילה. אנשי המרכז סיפקו במהירות את הטכנולוגיה, הישג שמיצב את המרכז כמשאב לאומי חיוני. מעט לפני מותו ב-1987 הספיק פרופ’ קדרון לגייס את המשאבים הכספיים להקמתו של מבנה המרכז למיקרואלקטרוניקה על שם וולפסון בטכניון.

שלושים שנים אחר כך, ב-2007, נחנך מרכז זיסאפל לננואלקטרוניקה בנוכחות התורמים בוגרי הטכניון האחים זהר ויהודה זיסאפל. השניים הקדישו את התרומה להוריהם, שרה ומשה זיסאפל. בהסתכלות היסטורית, אין ספק שפעילות המיקרואלקטרוניקה בטכניון אחראית כמעט בלעדית להצלחות הרבות של תעשיית האלקטרוניקה הישראלית. מומחים בין-לאומיים רבים שמכירים היטב את הטכניון מציינים לעיתים קרובות ש”פעילות המיקרואלקטרוניקה בטכניון היא ערש תעשיית האלקטרוניקה הישראלית המשגשגת.”

כיום מכיל המרכז המשולב 700 מ”ר של חדרים נקיים, מה שהופך אותו למרכז התשתית הגדול בטכניון ולמרחב הגדול מסוגו באקדמיה בישראל בתחומי המיקרו והננו. במרכז פעילים כיום 17 עובדים, רובם מהנדסי תהליך עם ניסיון תעשייתי עשיר, והם מפעילים 52 מכשירים מתקדמים.

הצוות שעבד על הפרויקט. מימין לשמאל: יאנה מיליוטין, ד”ר ליאור גל, ולנטינה קורצ’נוי, עמית שחם, פרופ’ מאיר אורנשטיין, ד”ר אורנה טרניאק, ד״ר ויסוריאן (בסו) מיכאלשוילי, איה כהן, ארקדי גברילוב וגיא סרי

המרכזים למחקר במיקרו וננואלקטרוניקה תומכים במחקרים בכלל הפקולטות בטכניון וכן בשורה ארוכה של יחידות וגופים חוץ-טכניוניים. המרכז מספק שירותי פבריקציה לגורמים מסחריים וכן תמיכה בפיתוח מדגימים טכנולוגיים ו”מארח” חברות הזנק במעבדות ובחדרים הנקיים. לסטודנטים בטכניון מנגיש המרכז חוויית מו”פ ריאלית מאוד, הכוללת מגע ישיר עם הטכנולוגיה.

פרופ’ ניר טסלר, ראש המרכז לננואלקטרוניקה בטכניון מאז 2010, הנחיל במרכז תרבות של תיעוד, בדומה למקובל בתעשייה, כך שהידע מצטבר ומאפשר להגביה את הרף ללא הרף. לדבריו, “ההישג הנוכחי מאשר את מעמדנו כמקום המוביל בישראל לפיתוחים מהסוג הזה וכפלטפורמה מצוינת לשיתופי פעולה בין האקדמיה לתעשייה. לא פחות חשוב, התהליך עצמו העצים מאוד את עובדי המרכז שנרתמו לפתרון האתגר הזה בזמן קצר.”

המשנה לנשיא הטכניון למחקר פרופ’ קובי רובינשטיין אמר כי “מענקי ERC Consolidator נחשבים לספינת הדגל לעידוד מצוינות במדע תחת תוכנית המסגרת למחקר ופיתוח .Horizon Europe הזוכים שלנו מפגינים מצוינות במגוון רחב של תחומי מחקר ופיתוח – תובנות חדשות בביולוגיה וברפואה הצפויות לשנות את יעילותם של טיפולים רפואיים ופריצות דרך בכימיה שיחוללו שינויים מפליגים בתעשייה ובהגנה על כדור הארץ. מדובר במענקים יוקרתיים שמתמודדים עליהם טובי החוקרים באירופה, וזכייתם של חוקרינו מעידה על הצטיינותם ועל גודל היישומים העתידיים שאנשי ה-ERC רואים במחקרים אלה. אף שמדובר בהצלחות אישיות של חוקרי הטכניון אנו רואים במכלול הזכיות הבעת אמון חשובה באיכות המחקר בטכניון בכללו.”

החוקרים הזוכים הם:

פרופ’ אסיה רולס מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט: יחסי הגומלין בין המוח, הפאשיה ומערכת החיסון. פאשיה – מערכת רקמת החיבור של הגוף – היא הרקמה הגדולה ביותר בגוף. היא מפרידה בין שרירים שונים ואיברים שונים. אולם הפאשיה אינה רק “יריעה אינרטית” שתפקידה מצטמצם לפונקציה מכנית של עיטוף רקמות; היא איבר פעיל מאוד המאוכלס בתאים של מערכת החיסון ומעוצבבת על ידי נוירוני חישה ונוירונים סימפתטיים – תאים המסייעים לגוף להגיב כראוי לעקות ולמצוקות. על פי השערת החוקרים, הפאשיה מהווה פלטפורמת חישה המנטרת נזקים ברקמות שהיא עוטפת ומעבירה מידע זה למוח, זאת כדי שהמוח יתניע, באמצעות השפעתו על מערכת החיסון, פעולות הגנה ושיקום.

פרופ’ אסיה רולס

פרופ’ אבי שרודר מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון עוסק בין השאר בפיתוח תרופות ננומטריות המתבייתות על רקמות חולות ומשחררות את החומר הפעיל (תרופה) באיבר המטרה בלי לפגוע ברקמות בריאות.

עיקר עיסוקו של פרופ’ שרודר הוא בפיתוח טיפולים לסרטן, אך המחקר שזכה במענק יתמקד בכיוון אחר: פיתוח תרופות ננוטכנולוגיות לטיפול בהזדקנות ובמחלות כגון אלצהיימר הפוגעות במערכת העצבים המרכזית ובמוח.

פרופ’ אבי שרודר

פרופ’ מיטל לנדאו מהפקולטה לביולוגיה חוקרת עמילואידים – סיבים חלבוניים המעורבים במחלות זיהומיות אך עשויים גם לסייע בטיפול במחלות אלה. באחד ממאמריה החשובים שהתפרסם ב- Science היא חשפה את “החץ המורעל של החיידק הזהוב” – מבנה חלבוני ייחודי המסייע לחיידק האלים Staphylococcus aureus לתקוף את תאי האורגניזם. במחקר אחר היא פענחה מבנה תלת-ממדי של פפטיד הפועל כמגן אנטי-בקטריאלי יעיל. במחקר שזכה במענק הנוכחי היא תחקור את תפקידם של עמילואידים במחלות זיהומיות כמו גם במחלות נוירודגנרטיביות.

פרופ’ מיטל לנדאו

פרופ’ נדב אמדורסקי מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך חוקר מנגנונים שונים של העברת מטענים – אלקטרונים ופרוטונים – במערכות ביולוגיות. העברת מטען היא תהליך חיוני בביולוגיה והוא הכוח המניע במערכת הנשימה. במסגרת המחקר שזכה במענק הוא יפתח כלים כימיים וביוטכנולוגיים חדשים לחקר העברת פרוטונים דרך חלבונים.

פרופ’ נדב אמדורסקי

ד”ר גרהם דה-רויטר מהפקולטה לכימיה ע”ש שוליך עוסק בפיתוח תהליכי קטליזה בטוחים, זולים ובני-קיימא. הוא כבר פיתח קטליסט מבוסס ברזל שיכול לשמש בין השאר לתיוג איזוטופים – תהליך חיוני בתעשיית התרופות ובתעשיות הכימיות. בקטליסטים שהוא מפתח אפשר להשתמש במינון נמוך מאוד, מה שחוסך משאבים ומצמצם זיהום. בשנה שעברה הוא נבחר על ידי מגזין The Marker לרשימת “הצעירים המבטיחים לשנת 2022”. במסגרת המענק הזוכה הוא יפתח תהליכי קטליזה יעילים, בטוחים, זולים ובני-קיימא שישמשו בהפקת תרופות ובייצור חומרים לחקלאות ולתחומים אחרים.

ד”ר גרהם דה-רויטר