ניסוי קליני בטכנולוגיה חדשנית לאבחון קורונה הניב הצלחה משמעותית: דיוק ורגישות שבין 92% ל- 100%. המערכת מספקת אבחון מיידי, אמין ומדויק על סמך נשיפה קצרה לתוך מכשיר ייעודי. את המחקר שפורסם בכתב העת ACS Nano הובילו חוקרי הטכניון פרופ' חוסאם חאיק וד"ר יואב ברוזה מהפקולטה להנדסה כימית ע"ש וולפסון בטכניון וממכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה. מימוש הטכנולוגיה ומסחורה נערכים במסגרת חברת Nanose Medical.

COVID-19, ובשמה העממי קורונה, היא מחלה נגיפית שגבתה עד כה את חייהם של כ-650,000 בני אדם. המחלה, הקטלנית עשרות מונים משפעת, נפוצה במהירות ברחבי העולם והדביקה כ-6.5 מיליון איש בכ-200 מדינות.

אחד האתגרים שמציגה מגפת הקורונה קשור בכך שחלק ניכר מהחולים בה אינו מפגין סימפטומים כלל, וגם החולים הסימפטומטיים מפתחים את הסימפטומים רק לאחר כ-11 יום (בממוצע) אחרי ההדבקה. התוצאה: חולים רבים אינם יודעים כלל שהם חולים וכך הם מדביקים אחרים, העלולים להיפגע מהמחלה ברמות שונות של חומרה – מהעדר סימפטומים ועד מצוקה נשימתית חריפה ומוות.

כיום מבוצע אבחון קורונה באמצעות נטילת דגימה מריריות האף והלוע ואנליזה של הדגימה על ידי צוות מקצועי במעבדה – תהליך יקר מאוד במונחי עלות, זמן, שינוע וכוח אדם. יתר על כן, הביקוש העצום לבדיקות אלה הוביל למחסור עולמי חריף בציוד ובחומרים הנדרשים לבדיקה: ריאגנטים, מטושים, ערכות להפקת החומר הגנטי מהנגיף ומכשירים לביצוע הבדיקה. מצוקה זו הובילה למירוץ רפואי ומדעי שמטרתו לפתח בדיקה זולה, פשוטה ומהירה שאפשר לבצע בבית ולכל הפחות במרפאות קהילתיות. הבדיקה חייבת לאתר גם חולים בשלבים מוקדמים ואסימפטומטיים של המחלה.

הטכנולוגיה שפיתחה קבוצת המחקר של פרופ' חוסאם חאיק מבוססת על ניטור הבל הפה באמצעות מערכי חישה ננומטריים בעלי רגישות גבוהה. מערכים אלה מזהים את "טביעת האצבע" של מחלות שונות כפי שהיא מתבטאת בסמנים כימיים הנמצאים בהבל הפה. המערכת מכילה ננוטכנולוגיה הנקשרת אל הסמנים הכימיים והאנליזה של דגימת הנשיפה נערכת באמצעות בינה מלאכותית שעברה "אימון" בזיהוי המחלה שברצוננו לאבחן.

כעת, כאמור, הודגמה יעילותה הגבוהה של הטכנולוגיה באבחון קורונה גם בשלבים מוקדמים של המחלה. הממצאים הראשוניים הפתיעו אפילו את החוקרים עצמם: נגיפי הקורונה, SARS-CoV-2, זוהו בבדיקת הנשימה ברגישות ודיוק שבין 92% ל- 100%. המערכת יודעת גם להבחין בין חולי קורונה לחולים במחלות ריאה אחרות, וזאת בדיוק שבין 90% ל- 95%.

לדברי יו"ר Nanose Medical אורית מרום אלבק, ״Nanose מביאה איתה מהפכה אמיתית הן בצד הטכנולוגי והן באופן יישום הבדיקה. פיתחנו מערכת קלה וניידת שגודלה כגודל טלפון,  והנבדק נדרש רק לנשוף לתוכה במשך כמה שניות. בשנים האחרונות אומתה יעילותה של הטכנולוגיה של פרופ' חאיק בהפרדה בין 17 מחלות שונות ובהן פרקינסון וכמה סוגי סרטן, וכעת מצטרפת לרשימה המחלה שבכותרות: COVID-19. אנחנו נרגשים להפוך את הטכנולוגיה שפותחה בטכניון למוצר שיוכל להוביל לפריצת דרך משמעותית באבחון מוקדם של מחלות."

לדברי פרופ' חוסאם חאיק," את הבדיקה הזאת אפשר יהיה לערוך במוסדות ציבור, בבתים וכמובן במרפאות מקומיות. יתר על כן, את המערכת אפשר לשנות בקלות, ללא שינוי פיזי בחומרה, כך שתאבחן באופן דומה מחלות זיהומיות ונגיפיות אחרות. כך נסייע במניעת התפרצות מגפות עתידיות באמצעות איתורן בשלב מוקדם מאוד – מהלך שיש לו השלכות עצומות על איכות החיים, על שגרת ההתנהלות החברתית והכלכלית ועל שיעורי התמותה בעולם. אין ספק שאלה ממצאים ראשוניים המצריכים מחקרי המשך.״

המחקר הקליני שהתפרסם ב- ACS Nanoנערך בחודש מרץ בווחאן, סין, שם פרצה מגפת הקורונה. במחקר השתתפו בהשתתפות 140 נבדקים ובהם חולי קורונה מאומתים, נבדקים החולים במחלות אחרות ונבדקים בריאים. חולי הקורונה המאומתים נדגמו פעמיים, במהלך המחלה ואחרי ההחלמה, כדי לוודא שהמערכת יודעת להבדיל בין מצבו של אותו אדם בבריאות ובחולי.

להערכת אנשי Nanose Medical, על בסיס הפיתוחים שהחברה עובדת עליהם בימים אלה אפשר יהיה להשתמש במערכת האבחון האמורה בבדיקות בנמלי תעופה, בתחנות רכבת, במרכזי קניות, במלונות, בבתי ספר ובמקומות עבודה וכמובן במרפאות קהילתיות. כך תקטין טכנולוגיה זאת את העומס על המערכת הרפואית ותבלום את שרשרת ההדבקה.

למידה מחוץ לכיתה. בעקבות מגפת הקורונה ילמדו תלמידים רבים השנה בחוץ, בפארקים ובחצר בית הספר. זאת כפתרון למצוקת הקפסולות והמחסור בכיתות לימוד. פרופ' טלי טל, דיקנית הפקולטה לחינוך למדע וטכנולוגיה, חוקרת את הנושא כבר שנים. לדבריה, "הלמידה החוץ-כיתתית אינה הרע במיעוטו אלא פורמט שיש בו יתרונות עצומים. הממצאים במחקרים שלנו מראים שהלמידה מחוץ לכיתה אומנם אינה משפרת ציונים במבחני בגרות ובמבחני פיזה, אבל היא מייצרת חווית למידה עשירה ומעמיקה, המעודדת את התלמידים להשתתף בה באופן אקטיבי ומטמיעה בהם ערכים חברתיים וכישורים כגון יוזמה, מנהיגות ועבודת צוות."

פרופ' טלי טל

מתמטיקה, ללא ספק, היא אחד התחומים המאתגרים עבור תלמידים בכל הגילאים. כיצד ניתן לגרום לתלמידים לרצות ללמוד מתמטיקה ולהבין את השימושיות שלה? לדברי ד"ר זהבית כהן, "הפתרון טמון בחיבור ההוראה לאתגרי הטכנולוגיה וליישומים אותנטיים מתחום המדע, ההנדסה והטכנולוגיה. חיבור כזה יסייע בשיפור המוטיבציה ובשיפור האוריינות המתמטית של התלמידים, אשר מתייחסת ליכולת תלמידים להבין את המתמטיקה בהקשר של העולם האמיתי."

ד"ר עינת הד מצוינים עוסקת גם היא בקירוב התלמידים למתמטיקה. כמורה ויועצת לשעבר היא זיהתה את ההבדלים הרגשיים ביחסם של תלמידים למתמטיקה – מאהבה גדולה ועד חרדה. "הבנתי שזה לא עניין של ידע אלא של תחושה – מה אנחנו מרגישים כלפי המתמטיקה. אני מאמינה שאפשר לשפר את הזהות המתמטית באמצעות דרכי הוראה דיאלוגיות יותר."

פרופ'-אמריטוס נצה מובשוביץ-הדר סבורה כי תוכנית הלימודים במתמטיקה מקנה לתלמידים תחושה (שגויה) שהתשובות לכל השאלות המתמטיות ידועות כבר למורים ונמצאות בספרים. תחושה זו, היא אומרת, מנוגדת לטבעה המתחדש בהתמדה של המתמטיקה. כתשובה לכך היא מציגה את "הבזקי-חדשות-במתמטיקה" (MNS) – גישה המנגישה את המתמטיקה בת-זמננו לתלמידי תיכון. כל אחד מההבזקים חושף את התלמידים לחדשה אחרת, לרקע המתמטי שלה, לפרטים על אודות המתמטיקאים שעסקו בה, למשמעותה וליישומיה במידה שכבר קיימים.

ד"ר רינת רוזנברג קימה מאמינה שרובוטים יכולים לסייע רבות הן בהוראה והן בהיבטים רגשיים הקשורים בלמידה. רובוטים מתאימים למשימות "אפורות" כגון תרגול ושינון ולימוד לוח הכפל. בניגוד למורה, הם אינם משתעממים ובניגוד לאפליקציה הם פונה לכלל הכיתה ולא לתלמיד ספציפי. באשר להיבט הרגשי, אומרת ד"ר רוזנברג קימה, "לעתים נוח יותר לתלמידים לפנות לרובוט ולא למורה אנושי משום שהרובוט אינו ביקורתי, אינו שיפוטי ויש לו סבלנות אין-סופית. אולי בעתיד יוכלו הרובוטים לבצע משימות יותר מורכבות."

ד"ר עדו רול עוסק בשיפור ההוראה המדעית כך שתתמוך בתלמידים בהפיכתם למדענים טובים יותר. לשם כך הוא מעצב סביבות למידה ממוחשבות התומכות בחשיבה מדעית, בהסקת מסקנות, בלמידה מטעויות וביצירתיות מחשבתית. הוא גם מפתח שיטות מדידה חדשניות העושות שימוש בעקבות הדיגיטליים שתלמידים מותירים אחריהם (Learning Analytics). לדבריו, "המידע הרב שנשמר במערכות הלימוד מאפשר לנו להבין כיצד תלמידים לומדים, ולבנות מערכות שמתאימות את עצמן ללומד. בראייה רחבה יותר היינו רוצים לראות את הגישות האלה מצמצמות פערים לימודיים וחברתיים."

ניסויים שתוכננו בטכניון יבחנו את השפעותיה של כבידה אפסית על תהליכים ביולוגיים. לאחר דחיות ועיכובים, שוגרו לפנות בוקר לחלל שני ניסויים של חוקרים בטכניון יחד עם שותפיהם באיטליה.

שיגור הלוויין, פרויקט משותף של סוכנות החלל הישראלית במשרד המדע והטכנולוגיה וסוכנות החלל האיטלקית, יתבצע מבסיס החלל האירופי בקורו שבגינאה הצרפתית, על גבי משגר מסוג וגה.

על הננו לווין הישראלי מורכבת מעבדה זעירה, שיוצרה על ידי חברת ספייס פאמרה. המעבדה בגודל של קרטון חלב כוללת בתוכה ארבעה ניסויים בתחומי הרפואה, הביולוגיה והכימיה שיספקו מידע חדש ופורץ דרך על מחלות ומניעתן – מידע שאינו מתקבל בתנאי הכבידה הקיימים על כדור הארץ. המעבדה הממוזערת, שניתן יהיה לשלוט בטמפרטורה שלה בחלל,  מופעלת באופן אוטונומי. עד עכשיו ניסויים כאלה בתנאי חוסר כבידה מבוצעים רק בתחנת החלל הבינלאומית ומופעלים על ידי אסטרונאוטים. פיתוח זה של ספייס פארמה מאפשר למעשה לכל מדען לערוך את הניסוי בצורה עצמאית, נגישה, בטוחה ובשליטה מלאה מרחוק, בזמן שהחוקר נמצא במעבדה באוניברסיטה או בבית החולים.

הניסויים תוכננו על ידי ארבעה צוותים של מדענים בשתי המדינות, ולכל ניסוי רפואי שותפים חוקר ישראלי וחוקר איטלקי. המוסדות הישראליים שמשתתפים בניסויים: הטכניון עם 2 ניסויים,  האוניברסיטה העברית והמרכז הרפואי שיבא.

האירוע שודר בשידור חי  בדף הפייסבוק של סוכנות החלל הישראלית במשרד המדע והטכנולוגיה

פירוט החוקרים והמחקרים:

פרופ' בועז פוקרוי

1. פרופ' ג'וזפה פליני מהמחלקה לכימיה באוניברסיטת בולוניה ופרופ' בועז פוקרוי מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון יחקרו יעילות של חומרים אנטי-חיידקיים בתנאי חוסר כבידה. במהלך הניסוי יערך מעקב אחר פירוק של בקטריות על ידי אנזים. מחקר זה הינו חלק ממאמץ למניעת זיהומים בבתי חולים וזיהומים הנישאים על גבי משטחים שונים.
2. פרופ' אלסנדרה די-מאזי מאוניברסיטת רומא-טרה ופרופ' דניאל קורניצר מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון יבצעו ניסוי על אלבומין שהוא חלבון חשוב הנמצא בדם ומעביר מולקולות שונות וחשובות כגון חומצות שומן, הורמונים, תרופות ועוד. ניסוי יבדוק כיצד תרופות נספגות על ידי אלבומין, אחד החלבונים העיקריים בדם, בתנאי חוסר כבידה.
3. פרופ' אלסנדרו דסידרי מהפקולטה לביולוגיה באוניברסיטת טור-ורגטה -רומא ופרופ' איתמר וילנר מהאוניברסיטה העברית יבדקו את תופעת ה"קיפול" של מולקולות DNA. תופעה זו, הקשורה במנגנון חלוקת תאים והגנה על המטען הגנטי מנזקים, עשויה לסייע בחקר תהליכי הזדקנות וכן במניעת תהליכים סרטניים.
4. פרופ' רפאלו זרילי מהמחלקה לבריאות הציבור באוניברסיטת פדריקו II בנאפולי ופרופ' אוהד גל-מור מהמרכז הרפואי "שיבא" תל השומר יחקרו כיצד חיידקים מפתחים עמידות לאנטיביוטיקה כשהן בתנאי חוסר כבידה ובסביבה הקיצונית של החלל. קוניוגציה הוא תהליך של העברת חומר גנטי מחיידק לחיידק ויכול להוביל לרכישת עמידות לאנטיביוטיקה. ניסוי זה עשוי לאפשר פיתוח תרופות וגישות חדשות למניעת רכישת עמידות לאנטיביוטיות ע"י חיידקים.

תוצאות הניסויים, שאמורות להגיע בשבועות הקרובים, ישודרו אל תחנת הקרקע של חברת ספייס-פארמה הממוקמת בשוייץ ומשם יועברו לחוקרים בישראל. הננו לוויין יחלוף שש פעמים ביום מעל תחנת הקרקע ויעביר נתונים לכדור הארץ. הנתונים ינותחו במעבדות בארץ ועל סמך המידע הזה ישודרו פקודות להמשך הניסוי בחלל בצורה אינטראקטיבית ובזמן אמת. במקביל, יבצעו החוקרים את הניסויים במערכת זהה על הקרקע. ההבדלים בין הניסויים בתנאים השונים יספקו מידע ייחודי שעשוי להוביל לפריצות דרך.

לחצו על התמונה על מנת לצפות בשיגור באדיבות סוכנות החלל הישראלית:

מרגע שפרצה מגפת הקורונה פעלו הצוותים הרפואיים בעולם כולו מתוך הנחה שחולי סרטן נמצאים בקבוצת סיכון להידבקות במחלה. להגדרתם של חולי סרטן כקבוצת סיכון היו השלכות מרחיקות לכת על הטיפול בהם, וזאת ללא שום ביסוס מדעי קודם. חולים חששו להגיע לטיפולים מחשש להידבק בקורונה בבתי החולים, ובמדינות מסוימות אף יצאו הנחיות לדחיית טיפולים אונקולוגיים במצבים מסוימים.

מחקר חדש שערכו חוקרים ברמב"ם ובטכניון מעלה ממצאים מפתיעים, שלפיהם אין בסיס ממשי לשיוך הגורף של חולי הסרטן לקבוצת הסיכון הרחבה של אנשים הסובלים ממחלות רקע. המחקר שנערך בהובלת פרופ' אירית בן אהרון, רופאה-חוקרת ומנהלת המערך האונקולוגי ברמב"ם  ופרופ' יובל שקד ראש המרכז המשולב לחקר הסרטן ע"ש רפפורט בטכניון (R-TICC) בשיתוף ד"ר טל גושן-לגו מהמערך האונקולוגי ברמב"ם התפרסם בכתב העת היוקרתי  Cancers בגיליון מיוחד העוסק בהשפעת נגיף הקורונה על חולי סרטן.

המחקר הקיף 271 נחקרים, מהם 164 חולי סרטן, שהגיעו למרכז הרפואי רמב"ם כדי לקבל טיפולים שוטפים במחלתם, וקבוצת ביקורת של 107 עובדים בריאים מקרב הצוותים הרפואיים. במסגרת המחקר, שנערך בין מרץ ליוני 2020, עברו כל המשתתפים בדיקות דם בשלושה מועדים שונים, במטרה לבחון שינויים בפרופיל של מערכת החיסון. בבדיקות נוטרו שלושה נוגדנים –   IgG, IgMו-IgA – המייצגים יצירת נוגדנים בזמנים שונים של חשיפה לנגיף.

"הופתענו להיווכח שחולי הסרטן והנחקרים הבריאים פיתחו נוגדנים בשיעורים דומים," אומרת פרופ' בן אהרון. "2.4% מחולי הסרטן שהשתתפו במחקר ו-1.9% ממשתתפי קבוצת הביקורת הבריאים פיתחו נוגדנים לקורונה וכולם היו א-סימפטומטיים. יתר על כן, בכל תקופת המחקר לא התגלו כלל חולי קורונה סימפטומטיים בקרב אוכלוסיית המחקר ובכלל אוכלוסיית המטופלים האונקולוגיים אצלנו." פרופ' בן אהרון מציינת כי באמצעות טכנולוגיית CyTOF מופו תאי מערכת החיסון והתגלה שוני משמעותי בין פרופיל תאי החיסון של חולי סרטן שהיו חיוביים לנוגדנים לקורונה לבין הפרופיל החיסוני של אנשי הצוות החיוביים.

לדברי פרופ' שקד, "ההשערה שלנו היא שהתגובה השונה של חולי סרטן למחלה קשורה בעובדה שהטיפול האנטי-סרטני משנה את הפרופיל של המערכת החיסונית. התאים המילואידים, שהם תאים חיוניים במערכת החיסון, נפגעים מאוד מנגיף הקורונה. בכלל האוכלוסייה ובצוותים הרפואיים שהשתתפו במחקר, הנגיף מפחית את שיעור התאים המילואידיים בכ-90%; בחולי הסרטן, לעומת זאת, הוא מפחית אותם רק ב-50%. עובדה זו מקנה לחולי הסרטן הגנה יחסית."

פרופ׳ בן אהרון מוסיפה כי העובדה שפרופיל מערכת החיסון ותפקודה משתנים בשל הטיפולים האונקולוגיים (ובייחוד טיפולים אימונותרפיים) מגבילה ככל הנראה את יכולתו של נגיף הקורונה להשרות דלקת בקרב החולים המקבלים טיפולים אלה. החוקרים מעריכים כי זו הסיבה לכך ששיעור חולי הסרטן המפתחים מופע חמור של קורונה נמוך יחסית לאוכלוסייה.

ממצאי המחקר מניחים את היסודות למחקר המשך שינסה לקבוע האם לחלק מהטיפולים הניתנים לחולי סרטן, ובכלל זה טיפולים אימונותרפיים, יכול להיות אפקט מגן מפני נגיף הקורונה.

למאמר לחצו כאן

המחקר נתמך על ידי הקרן לחקר הסרטן בישראל (ICRF) והנציבות האירופית (מענק ERC).

פרופ' אירית בן אהרון היא רופאה-חוקרת ומנהלת המערך האונקולוגי הקריה הרפואית רמב"ם.

פרופ' יובל שקד הוא ראש המרכז המשולב לחקר הסרטן ע"ש רפפורט בטכניון (R-TICC). המרכז, שנחנך בשנת 2016, מקדם מחקרים המשלבים מדע בסיסי, קליני והנדסי לטובת פיתוח כלים חדשים לאבחון סרטן, לטיפול ולמעקב.

פרופ' יובל שקד

פרופ' אירית בן אהרון

מחקר שנערך בטכניון ובבית החולים לילדים בסינסינטי (אוהיו, ארצות הברית) מצביע על הקשר בין נזק לסיבים המוליכים אותות חשמליים במוח להפרעות קוגניטיביות מסוימות. המחקר שהתפרסם ב-PNAS, רשומות האקדמיה האמריקנית למדעים, מציג הצלחה ראשונית בבלימת הנזק הקוגניטיבי באמצעות עיכוב התהליך הפוגע בהולכת האותות במוח.

את המחקר הובילו פרופ' איתמר קאהן מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון ופרופ' ננסי רטנר מבית החולים לילדים בסינסינטי (CCHMC) והשתתפו בו הדוקטורנט ג'אד עאסלה, הלומד במסלול MD/PhD בטכניון, וד"ר בן שופטי, בעבר דוקטורנט בקבוצת המחקר של פרופ' קאהן וכיום נוירוכירורג במרכז הרפואי תל אביב.

המחקר הנוכחי התמקד בהפרעה ההתפתחותית הגנטית NF1 (נוירופיברומטוזיס מסוג 1). מחלה זו, הנובעת מפגיעה בגן Nf1, עלולה להוביל להיווצרות גידולים במערכת העצבים, לתסמיני אוטיזם, להפרעות קשב וריכוז קשות ולעיכוב בהתפתחות כישורים מוטוריים. הפגיעה מתרחשת בעיקרה בחומר הלבן במוח – אזור העשוי מסיבים המקשרים בין תאי עצב. סיבים אלו עטופים בחומר מבודד הנקרא מיאלין החיוני להולכת אותות תקינה. סיבי החומר הלבן מקשרים בין אזורים שונים במוח, ותפקודו תלוי בפעילותם התקינה.

החוקרים התמקדו באוליגודנטרוציטים – התאים המייצרים את המיאלין – ובדקו את הקשר בין פגמים בארגון המיאלין להפרעות נוירולוגיות. הם הראו כי תקלות בייצור המיאלין מובילות לפגיעה בסיבים המחברים אזורי מוח שונים וכך גורמות לפגיעה ביכולת תנועה עדינה ובתפקודים נוספים. בניסויים שנערכו בעכברים מהונדסים גנטית מיפו החוקרים את הקשר בין הפגיעה המוחית האנטומית (שנחקרה באמצעות סריקות מבניות ב-MRI) לבין הקישוריות התפקודית (שנבדקה באמצעות MRI תפקודי, fMRI). בעזרת שיטות הדמייה ייחודיות אלה, מהמתקדמות בעולם, הדגימו החוקרים מקור מבני ותפקודי לפגיעה התנהגותית הנגרמת כתוצאה מהמחלה.

פרופ' רטנר הדגימה במחקרים קודמים כי באמצעות תרופות קיימות, הבולמות את ייצור החנקן החמצני (nitric oxide) ברקמת המוח, אפשר למנוע נזקים בחומר הלבן וכך "להציל" את הקישוריות התפקודית. בהמשך לכך מגלה המחקר הנוכחי כי טיפול דומה אכן יעיל בצמצום הנזקים שגורמת מחלת NF1 למיאלין. יתר על כן, נראה שבדיקות מבניות ותפקודיות באמצעות MRI יאפשרו להעריך את יעילותו של הטיפול במטופלים ספציפיים.

לסיכום, המחקר מדגיש את חלקו של חומר לבן פגום בהפרעות מוחיות ומציע טיפול נקודתי, מותאם אישית, להפרעות הקשורות ביצירת מיאלין. כעת משתתפים פרופ' קאהן ופרופ' רטנר במחקר קליני שבו הם בודקים את בטיחותו של הטיפול שהודגם במחקר הנוכחי ואת יעילותו בשיפור היכולות הקוגניטיביות בילדים הסובלים ממחלת NF1. לדבריהם, המחקר מדגיש את חשיבותם של מודלים מותאמים-אישית בהבנה של תפקודי מוח.

המחקר נערך בסיוע רשות המחקר בטכניון ובתמיכת הקרן הלאומית למדע (ISF), קרן אדליס ומכוני הבריאות האמריקאים (NIH).

מפות הפגיעה המבנית במוח והפגיעה בקישוריות המוחית, והצלת החומר הלבן באמצעות טיפול ממוקד

למאמר בכתב העת  PNAS לחצו כאן

נשיא הטכניון פרופ' אורי סיון פנה במכתב למנכ"לים בכירים במשק ובו ציין כי הטכניון נרתם לקידום הכשרות למהנדסים בהתאמה לצורכי התעשייה בתקופת משבר הקורונה. במכתב, שנשלח בין היתר לבכירים ברפאל, אינטל, תעשיה אווירית, אלביט, קבוצת רד-בינת, מייקרוסופט, נמל אשדוד ומוסדות ביטחוניים נוספים. פירט נשיא הטכניון את תוכניות הלימודים לתואר שני שיהיו זמינות לראשונה בשילוב למידה מרחוק: לתואר השני בהנדסה ביו-רפואית, שנפתח להרשמה במתכונת זו בחודש אפריל האחרון, מצטרף כעת מסלול הלימודים לתואר שני בהנדסת מערכות. שתי התוכניות יחלו לפעול באוקטובר 2020 ויימשכו 5 סמסטרים.

במכתב ציין פרופ' סיון כי תוכניות הלימודים "פותחו בהתאם לצורכי התעשייה ולאתגרים הטכנולוגיים והן מיועדות למהנדסים עובדים ומצטיינים. התוכניות נבנו על ידי צוות מומחים מהטכניון בראשות פרופ' אביב רוזן ופרופ' שולמית לבנברג כדי להנגיש את הידע הרב של הטכניון ולהכשיר את בוגרי התארים כמובילים בתחומם".

את מכתבו חתם נשיא הטכניון בכך שתוכניות הלימוד לתואר שני בהנדסת מערכות ובהנדסה ביו-רפואית יפעלו בשילוב לימודים מרחוק בזמן אמת בקבוצות קטנות עם מספר סטודנטים מוגבל, וזאת "ברוח התקופה המאתגרת שעוברת עלינו וכדי לעודד את המשק להכשיר את הדור הבא של המהנדסים לטובת המשק הישראלי והמצוינות הלאומית".

את שתי תוכניות הלימוד תפעיל היחידה ללימודי חוץ ולימודי המשך בטכניון. תוכנית הלימודים לתואר שני בהנדסת מערכות בניהולו האקדמי של פרופ' אביב רוזן היא התוכנית הוותיקה בישראל בתחום זה והיא מציידת את מהנדס המערכות בידע ובכלים המקצועיים שבעזרתם יוכל להתמודד בהצלחה עם המשימות המורכבות הקיימות כיום בשטח. המרצים בתוכנית כוללים אנשי סגל בכיר של הטכניון ומרצים נוספים מהמובילים בתחום. גופים שונים במערכת הביטחון, במשרד ראש הממשלה ובארגונים קשורים נוספים בוחרים בטכניון כמוסד האקדמי המוביל בהכשרת מנהיגות בפרויקטים טכנולוגיים.

תוכנית הלימודים לתואר שני בהנדסה ביו-רפואית, בניהולה האקדמי של פרופ' שולמית לבנברג, מכשירה מהנדסים עם רקע מגוון וניסיון מעשי לתחומי ההנדסה הביו-רפואית ולממשק בין הנדסה ומדעי הרפואה. בוגרי התואר משתלבים כמהנדסים מובילי דרך בתפקידי מפתח במחקר ופיתוח, בניסוי, בייצור, באבטחת איכות וביישום מערכות ושיטות למען בריאות האדם ואיכות חייו וכן בחברות הזנק רבות בתעשייה הביו-רפואית המתפתחת כיום בקצב מהיר ביותר. את התוכנית מעבירים מרצים מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון ומהתעשייה, שמאחוריהם ניסיון עשיר בהוראה וחינוך מדעי-טכנולוגי, מוניטין מוכח של מחקר ברמה בינלאומית ותרומה מכרעת לקידום המשק הישראלי בתחום ההנדסה הביו-רפואית.

ד"ר יהונדב בקנשטיין

ד"ר בקנשטיין מקבל את המענק לטובת פיתוחם של חומרים פרובסקיטים האלידיים (halide perovskites). חומרים מיוחדים אלה מאופיינים ביעילות גבוהה בהמרת אנרגיה וצפויים לחולל מהפכה ביישומים אופטואלקטרוניים כגון גלאים מתקדמים, הפקת אנרגיה חשמלית מאור השמש ואפילו תקשורת קוונטית. בשונה ממוליכים למחצה שנמצאים בשימוש נרחב (כגון סיליקון וגרמניום) פרובסקיטים האלידיים מושפעים אך מעט מנוכחותם של פגמים בחומר, ולכן הם מוצלחים מאוד בהתקנים  הדורשים יעילות גבוהה. ד"ר בקנשטיין כבר הצליח, במחקר משותף עם עמיתיו בברקלי ובהרווארד, לייצר ננו-גבישונים פרובסקיטים בצורה של נקודה, סיב ומשטח, ובעזרת שליטה בחומר לקבוע את התכונות הפיזיקליות של הגביש ולשלבן בהתקנים לטובת האדם. המחקר הנוכחי יתבסס על יצירת שילובים של פרובסקיטים דו-ממדיים עם חומרים אחרים כגון תחמוצות ומתכות במטרה לגלות תכונות פונקציונליות חדשות.

ד"ר בקנשטיין השלים את כל תואריו בפיזיקה וכימיה באוניברסיטה העברית ופוסט-דוקטורט באוניברסיטת קליפורניה ברקלי, והצטרף לסגל הטכניון בשנת 2018. במהלך השנים הוא זכה בפרסים רבים ובהם פרס קייט ופרנץ ווינר על הצטיינות בעבודת דוקטורט, מלגת רוטשילד היוקרתית לפוסט-דוקטורנטים ומלגת אלון לתמיכה במדענים צעירים.

הגלגל קטן, בבניה עכשיו © 2020 CERN

מאיץ החלקיקים הגדול בעולם, LHC, הופעל לראשונה היום לפני 12 שנה. להפעלה החגיגית ב-10 בספטמבר 2008 קדמו עשורים של תכנון, בנייה ומקצי שיפורים לקראת היום הגדול. למרבה האכזבה הושבת המאיץ זמן קצר לאחר הפעלתו ונכנס לתהליך ארוך של תיקונים ושדרוגים. שנתיים לאחר השקתו הוא שב לעבוד במשנה מרץ וכעבור שנתיים נוספות – ב-4 ביולי 2012 – התרחשה התגלית הדרמטית ביותר בתולדותיו עד כה: גילויו של בוזון ההיגס, חלקיק שבלעדיו אי אפשר להסביר את קיומה של מסה.

LHC הוא מאיץ חלקיקים טבעתי עצום שקוטרו 27 קילומטרים והוא פועל בפאתי שוויץ במסגרת המרכז האירופי לחקר הגרעין (CERN). בכל שנייה של פעילות מתרחשות בו עשרות מיליוני התנגשויות בין חלקיקים, בסביבה חמה פי 100 מהטמפרטורה השוררת במרכז השמש.

בניגוד לקודמיו בשושלת המאיצים, LHC אינו מאיץ אלקטרונים אלא מאיץ פרוטונים – גרעיני מימן. הפרוטונים מואצים בטבעת החלולה של המאיץ בשני כיוונים מנוגדים, וזאת כדי להפיק התנגשויות עתירות אנרגיה שיובילו להיווצרות חלקיקים שונים. על זיהוי החלקיקים האלה אמונים הגלאים החכמים של LHC, שהגדול שבהם הוא אטלס – גלאי חלקיקים שבו מעורבים עמוקות שלושה חברי סגל מהפקולטה לפיזיקה בטכניון: פרופ' שלומית טרם, פרופ' יורם רוזן ותלמידם לשעבר ד"ר אנריקה קחומוביץ, שהשלים בהנחייתם את התואר השני והשלישי בערך בתקופה שבה החל המאיץ לפעול.

גלאי אטלס, הפועל מאז יומו הראשון של המאיץ, עובר מקצי שיפורים אינסופיים שנועדו להתאימו לצרכים המשתנים של LHC. בחודשים האחרונים עסוקים חוקרי הטכניון, לצד השגרה נטולת השגרה, בבנייתו של "הגלגל הקטן החדש" – הגלאי המתקדם ביותר של אטלס. לדברי פרופ' טרם, "המאיץ כולו עובר שדרוג שיגביר את קצב העבודה שלו פי 10, ולכן אנחנו חייבים להתאים את אטלס למציאות החדשה ולספק יכולות גילוי ברזולוציה חסרת תקדים."

קיומו של בוזון היגס נחזה, על סמך מודלים תאורטיים, כבר ב-1964, וגילויו במתקן LHC כעבור 48 שנים זיכה את הפיזיקאים פיטר היגס (בריטניה) ופרנסואה אנגלר (בלגיה) בפרס נובל בפיזיקה לשנת 2013 – שנה בלבד לאחר גילויו התצפיתי.

גלגל גדול (בנוי לפני 2008) ATLAS Experiment © 2006 CERN

בוזון היגס נחשב במשך עשרות שנים לחוליה החסרה במודל הסטנדרטי, שהוא התיאוריה המרכזית בפיזיקה בת ימינו. היגס ואנגלר הסיקו את קיומו מתוך העדרו של הסבר מניח את הדעת למסתם של חלקיקים. "במילים אחרות," אומרת פרופ' טרם, "המודל הסטנדרטי ללא בוזון היגס לא הצליח להסביר מה מעניק לחלקיקים את המסה – תכונה שבלעדיה לא יפעלו חוקי הטבע כפי שהם מוכרים לנו. זו הסיבה שאימותו של הניבוי הובילה להתרגשות עצומה בקהילה המדעית וכאמור לפרס נובל בפיזיקה."

ומדוע נדרשו הפרופסורים היגס ואנגלר להמתין כמעט חצי מאה כדי לקבל את פרס נובל? כי האימות הניסויי למודל שלהם הצריך, ראשית, מאיץ עתיר אנרגיה שיספק את ההתנגשויות הנדרשות ליצירתו של בוזון היגס; ושנית – גלאים מורכבים וחכמים שיוכלו לאמת את קיומו של החלקיק ואת זהותו. ואכן, הבוזון החמקמק נצפה ביולי 2012 לא רק באטלס אלא גם באחד הגלאים האחרים ב-LHC, והצלבת המידע בין שני הגלאים אפשרה לקהיליית CERN להכריז בביטחון שהחלקיק האבוד נמצא.

אז גילינו את היגס – מה הלאה? "המטרה שלנו באטלס, וב-LHC בכלל, רחבה הרבה יותר מגילוי בוזון היגס," מסביר פרופ' רוזן. " במידה רבה, LHC הוא החזית הניסויית של הפיזיקה המודרנית, ואחת המטרות השאפתניות שלנו היא גילוי הפיזיקה החדשה, הפיזיקה שתמלא את החוסרים הקיימים במודל הסטנדרטי. תאוריית המודל הסטנדרטי, שניצחה את כל מתחרותיה המדעיות, עדיין מצפה לתצפיות שיסתרו את תחזיותיה וירחיבו אותה, והניסויים האלה מצריכים תשתיות חסרות תקדים שעליהן אנחנו עובדים ללא הרף ב-LHC."

אחד הניבויים המעניינים הנחקרים במאיץ הוא קיומו של החומר האפל, שמציאותו הוסקה מתוך תופעות כבידתיות שונות. "החומר האפל הוא מרכיב חשוב מאוד ביקום," מסביר ד"ר אנריקה קחומוביץ," כי הוא מהווה כ-95% מהחומר, ואילו החומר המוכר לנו מהווה רק 5%. הבעיה היא שבניגוד לחומר רגיל, החומר האפל אינו נקלט במכשירים כגון טלסקופים מפני שאינו מקיים אינטראקציה עם עדשות הטלסקופ, כמו גם עם גלאים אחרים. זו הסיבה שהוא נקרא 'אפל'. לכן הדרך לחקור אותו היא להסיק את תכונותיו באופנים עקיפים, מתוך גילוי חלקיקים אחרים שהוא פולט. במילים אחרות, אנחנו יודעים את מגבלותינו ומבינים שאין טעם לקוות שפתאום 'נראה' את החומר האפל; אבל נוכל להסיק את קיומו מתוך 'הפתעות' פיזיקליות שאינן מוסברות בלעדיו."

העבודה באטלס אינה מסתיימת לעולם, אבל חוקרי הטכניון בטוחים שהסבלנות, שהובילה לגילויו של בוזון היגס, תשתלם גם בעתיד. "תגליות הן כמובן חלק חשוב בהתקדמות המדעית," אומר ד"ר קחומוביץ, "אבל אנחנו לא מזלזלים ב'אי-תגליות', כלומר באירועים שמפריכים את הניבויים שלנו. הממצאים הניסויים שאנחנו מקבלים באטלס מאפשרת לנו לפסול כיוונים מסוימים שפשוט לא עובדים, אפילו אם הם נראו מעולים כרעיונות מדעיים. כך, על ידי פסילה של דרכים ללא מוצא, אנחנו פנויים יותר להתמקד בכיוונים חדשים – או בכיוונים ישנים שעדיין יש תקווה שיפיקו תועלת."

ד"ר אנריקה קחומוביץ בגלאי אטלס

ICML 2020 LOGO

הישג מרשים לטכניון ב-ICML – הכנס החשוב בעולם בתחום הלמידה החישובית. בכנס International Conference on Machine Learning, שהתקיים הקיץ במתכונת מקוונת, דורגו אוניברסיטאות וחברות על פי מספר המאמרים שלהן שהתקבלו לכנס, והטכניון הוא המוסד הישראלי היחיד בין 30 המוסדות המובילים ברשימה.

את רשימת ה-30 היוקרתית, הכוללת אוניברסיטאות וחברות, מובילה גוגל, ואחריה בהפרש ניכר MIT. הטכניון מדורג באמצע הרשימה – במקום 15, לפני ענקי הייטק ובהם אמזון ו-IBM ולפני אוניברסיטאות מובילות ובהן קורנל ודיוק.

לצד רשימת המוסדות פורסמה גם רשימת המדינות המובילות על פי מספר המאמרים שתרמו מתוך 1,088 המאמרים שהתקבלו לכנס. את רשימת המדינות מובילה ארה"ב, אחריה בהפרש ניכר בריטניה וסין, וישראל מדורגת במקום השמיני – לפני יפן, סינגפור, הודו ואחרות – עם 42 מאמרים, רובם (23) מהטכניון.

לדברי פרופ' עירד יבנה, דיקן הפקולטה למדעי המחשב בעבר ומנכ"ל מוסד שמואל נאמן בטכניון, "ישראל ממלאת תפקיד חשוב בתחום הלמידה החישובית, ונתוני כנס ICML מספקים ראיה כמותית לעובדה זו. לנו בטכניון חשוב מאוד להמשיך לפתח ידע בתחום חיוני זה, ולשם כך אנו מעודדים מחקרים בין-תחומיים ובין-פקולטיים. 23 המאמרים הטכניוניים שהתקבלו לכנס נכתבו על ידי חוקרים משלוש פקולטות -בטכניון הפקולטה למדעי המחשב ע"ש טאוב, הפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי והפקולטה להנדסת תעשייה וניהול ע"ש דוידסון – והם משתרעים על טווח רחב של נושאים."

לאתר הכנס, לחצו כאן

מאות סטודנטים קיבלו לאחרונה מלגות סיוע בסכום כולל של 1.7 מיליון שקל באמצעות לשכת דיקן הסטודנטים בטכניון. המלגות, בסך אלפי שקלים כל אחת, ניתנו בתמיכת הטכניון, ארגון בוגרי הטכניון, אגודות ידידי הטכניון בארץ ובעולם וגופים חיצוניים ובהם ות"ת וקרן משה מאיר הורביץ ז"ל בניהול קק"ל. אלה מלגות סיוע מיוחדות שיקלו על הסטודנטים והסטודנטיות להתמודד עם אתגרי תקופת הקורונה ועם המשבר הכלכלי הקשה אליו נקלעו.

"אני ומשפחתי חווינו תקופה קשה מאוד, והמלגה תעזור לי מאוד בשנה הבאה ותדחוף אותי קדימה. יום אחד אני מקווה שאהיה במקום שלכם – בוגרי הטכניון התורמים כעת למלגות סטודנטים – ואתרום לאנשים הנמצאים במצבי כיום. אני שמחה ללמוד בטכניון, שתמיד תומך בסטודנטים בכל ההיבטים ובכל סיטואציה." את הדברים אמרה נ' סטודנטית בת 22, שתתחיל בקרוב את לימודי השנה הרביעית בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית, כשהתבשרה כי אושרה לה "מלגת קורונה" מהטכניון.

כמו כן, הרחיב הטכניון באופן משמעותי את מעטפת התמיכה בסטודנטים ע"י הקמת קרן הלוואות מיוחדת בה יכול לקבל כל סטודנט (ללא מבחני הכנסה ומעמד סוציו כלכלי) עד 20,000 ₪ שיוחזרו ללא ריבית והצמדה רק לאחר סיום הלימודים וגם אז באופן מדורג.  עד כה סייעה הקרן למאות סטודנטים בסכום כולל של למעלה מ- 2.5 מיליון ש"ח.

הטכניון גם אפשר לסטודנטים לדחות את תשלום שכר הלימוד בסמסטר האביב ונמנע מהטלת קנסות על אלו שהפסיקו את חוזה השכירות שלהם במעונות בטרם עת עקב שיבושי הקורונה.

"אנו נחושים להבטיח שמשבר הקורונה לא יקטע את רצף הלימודים של שום סטודנט בטכניון," אמר נשיא הטכניון פרופ' אורי סיון. " גם בשנת הלימודים הקרובה נמשיך את התמיכה בסטודנטים באמצעות מלגות, הלוואות וערוצים נוספים בסיוע ידידי הטכניון בארץ ובעולם ובתוספת תקציב מיוחדת של ות"ת. תמיכת ידידנו בעולם בסטודנטים בעת הזו יוצקת תוכן ממשי ועדכני לצירוף המילים “משפחת הטכניון” המאפיין אותנו זה שנים."

לדברי דיקנית הסטודנטים בטכניון פרופ' אילת פישמן, "הקשיים שהעמידה מגפת הקורונה הובילו לכמות גדולה מאד של פניות למלגות ולמעונות. את המלגות הענקנו לפי קריטריונים מוגדרים ואחידים. כעת אנחנו מנסים לגייס מקורות עבור סטודנטים שנמצאים מעט מתחת לסף הקבלה."

גם במעונות הטכניון עולה הביקוש על ההיצע, וגם שם יפעל הטכניון לספק פתרונות מיטביים. בשנים האחרונות השקיע הטכניון משאבים עצומים בהוספת פתרונות דיור לסטודנטים, וכיום הוא המוסד המוביל בארץ במספר הסטודנטים המתגוררים בו.

שניים מהתורמים הבולטים בסבב התמיכה הנוכחי הם בני הזוג בוגרי הטכניון טל אלון, המנהל את המרכז החינוכי הוד הכרמל, ואשתו קרין רוזנטל. השניים החליטו ביוזמתם לתרום לסטודנטים את מענק הקורונה שקיבלו מהמדינה.

יו"ר ארגון בוגרי הטכניון סיגל פירסט סיפרה: "טל אלון פנה אלינו בבקשה לתרום את המענק שלו ושל אשתו קרין למען מלגות לסטודנטים. בהשראתם יצא ארגון בוגרי הטכניון בקמפיין התרמה של מענקי הקורונה וכבר הצליח לגייס עשרות אלפי שקלים שתרמו בוגרי ובוגרות הטכניון לדורותיהם למען הסטודנטים. ארגון הבוגרים פועל כל העת לחזק את הקשר בין בוגרי הטכניון לסטודנטים, והמושג 'משפחת הטכניון' מלווה אותנו ביומיום. חוזקתה של המשפחה נמדדת בימים קשים ואנו מזמינים את בוגרינו להירתם ליוזמה."

גם אגודת ידידי הטכניון בישראל נרתמה למהלך. "אנו מודים לידידי הטכניון בארץ שנרתמו לתרום לקרן החירום של הטכניון לסיוע לסטודנטים נזקקים," אמר יו"ר אגודת ידידי הטכניון בישראל פרופ' אמריטוס פרץ לביא. "נדיבותם של ידידנו בימים קשים אלה של חוסר ודאות כלכלית היא מקור לגאווה והערכה רבה. ללא תרומתם, סטודנטים רבים היו נאלצים להפסיק כעת את לימודיהם."

עקב התפרצות נגיף הקורונה ומתוך רצון לשמור על בריאות הציבור, טקסי הסיום והענקת תואר דוקטור לפילוסופיה של הטכניון בשנה הנוכחית יערכו באופן מקוון.

הטקס המרכזי יתקיים בתאריך ביום רביעי 16/09, בשעה 18:30 וישודר בעמוד הפייסבוק והיוטיוב של הטכניון.

קישור לאירוע בפייסבוק: הקליקו כאן
קישור לשידור: יפורסם בהמשך

לחוברת הטקס המלאה

חוקרים בטכניון פיתחו מקורות קרינה מדויקים העשויים להחליף מאיצי חלקיקים יקרים ומסורבלים המשמשים כיום ליצירת קרינה כגון קרינת רנטגן (X-ray). מקורות חדשים אלה מייצרים קרינה מבוקרת בספקטרום צר ומדויק וברזולוציה גבוהה, וזאת בהשקעה אנרגטית נמוכה יחסית. לפיכך הם צפויים להוביל לפריצות דרך יישומיות בהקשרים מגוונים – אנליזה ספקטרלית של חומרים כימיים וביולוגיים, דימות רפואי, מכשור רנטגן בבידוק ביטחוני ושימושים נוספים המצריכים מקורות אמינים של קרינה מדויקת.

ד"ר עדו קמינר

את המחקר שהתפרסם אתמול בכתב העת Nature Photonics הובילו ד"ר עדו קמינר והמסטרנט מיכאל שנציס. ד"ר קמינר הוא ראש המעבדה לדינמיקה קוונטית של אלומות אלקטרונים ע"ש רוברט ורות מגיד, חבר סגל בפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי ובמכון למצב מוצק וחבר במכון לננוטכנולוגיה ע"ש ראסל ברי (RBNI) ובמרכז הקוונטום ע"ש הלן דילר.

המאמר הנוכחי מציג תצפית ניסויית ראשונה המהווה הוכחת היתכנות למודל תאורטי שפותח בעשור האחרון בשורה של מאמרים מכוננים. המאמר הראשון בנושא, שהופיע באותו כתב עת (Nature Photonics), נכתב על ידי ד"ר קמינר ב-MIT עם המנחים שלו בפוסט-דוקטורט, פרופ' מרין סולייצ'יץ' ופרופ' ג'ון ג'ואנופולוס. באותו מאמר הציגו קמינר ועמיתיו קונספט תאורטי לשימוש בחומרים דו-ממדיים ליצירת קרני רנטגן. המאמר ההוא, לדברי ד"ר קמינר, סימן את "תחילתו של מסע אל מקורות קרינה המבוססים על הפיזיקה הייחודית של חומרים דו-ממדיים ושל שילובים שונים ביניהם – הטרו-מבנים. את פריצת הדרך התאורטית מאותו מאמר המשכנו לפתח מאז בשורה של מאמרים תאורטיים, וכעת אנו נרגשים לבשר על התצפית הניסויית הראשונה ביצירת קרינת רנטגן בהתקנים כאלה, תוך שליטה מדויקת בפרמטרים של הקרינה."

חומרים דו-ממדיים הם מבנים מלאכותיים ייחודיים שפרצו לתודעה בסביבות שנת 2004 עם פיתוח הגרפן על ידי הפיזיקאים אנדרה גיים וקונסטנטין נובוסלוב – לימים חתני פרס נובל בפיזיקה לשנת 2010. גרפן הוא משטח מלאכותי של אטומי פחמן, כלומר מבנה בעובי אטום בודד, שאינו קיים בטבע. את מבני הגרפן הראשונים יצרו שני הנובליסטים על ידי קילוף של שכבות חומר דקות מגרפיט, "החומר הכותב" שבעיפרון, באמצעות נייר דבק. השניים, וחוקרים שבאו בעקבותיהם, גילו כי לגרפן תכונות ייחודיות ומפתיעות השונות מתכונות הגרפיט התלת-ממדי: חוזק (הגרפן חזק עשרות מונים מיריעת פלדה בעובי דומה), שקיפות כמעט מוחלטת, מוליכות חשמלית ויכולת הולכת אור שמאפשרת פליטת קרינה – היבט מרכזי במאמר הנוכחי. תכונות ייחודיות אלה הופכות את הגרפן, וחומרים דו-ממדיים אחרים, לשחקנים מבטיחים בדורות הבאים של חיישנים כימיים וביולוגיים, תאים סולריים, מוליכים-למחצה, מסכים ועוד.

המצאת הגרפן פתחה שדה מחקר חדש המתמקד בחומרים דו-ממדיים שונים ובהם חומרי ון דר ואלס (vdW materials) שעמדו במוקד המחקר הנוכחי של ד"ר קמינר. חומרים אלה קרויים על שמו של יוהנס דידריק ון דר ואלס, שזכה בפרס נובל בפיזיקה בדיוק מאה שנה קודם, בשנת 1910.

ד"ר קמינר ומיכאל שנציס יצרו חומרי vdW שונים ושיגרו דרכם אלומות אלקטרונים בזוויות ספציפיות, שהובילו לפליטה מבוקרת ומדויקת של קרינת רנטגן. כך הושגה תצפית ניסויית ראשונה בקרינת רנטגן הנפלטת מחומרי vdW. יתר על כן, החוקרים הדגימו כוונון מדויק (tunability) של ספקטרום הקרינה ברזולוציה חסרת תקדים, וזאת בהשקעה מזערית של אנרגיה ותוך ניצול הגמישות בתכנון משפחות של חומרי vdW.

לסיכום, המאמר החדש של קבוצת המחקר של ד"ר קמינר מכיל תוצאות ניסוייות, תאוריה חדשה והוכחת היתכנות ליישום חדשני של חומרים דו-ממדיים כמערכות המפיקות קרינה מבוקרת ומדויקת. לדברי ד"ר קמינר, "הניסוי שערכנו, והתיאוריה שפיתחנו כדי להסבירו, מביאים תרומה משמעותית למחקר הפיזיקלי של אינטראקציית אור-חומר וסוללים דרך ליישומים רבים ומגוונים בדימות בקרני רנטגן, בספקטרוסקופיית קרני רנטגן המשמשת לאפיון חומרים ועוד, ובעתיד תאפשר ליצור מקורות אור קוונטיים בתחום הרנטגן."

במחקר הנוכחי, שנערך כאמור בשיתוף בין יחידות שונות בטכניון, השתתפו חוקרים מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך, מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים ומהמוסדות הבאים: The Barcelona Institute of Science and Technology, מכון ICREA בברצלונה, Arizona State University, Technical University of Denmark ו-Nanyang Technological University בסינגפור.

מיכאל שנציס

כל ניסויי הוכחת ההיתכנות נערכו במיקרוסקופי האלקטרונים שבמרכז המיקרוסקופיה מיק"א בפקולטה למדע והנדסה של חומרים.

במחקר תמכו גם האיחוד האירופי (מענק ERC ומענקי H2020), קרן המדע הלאומית בישראל (ISF) וקרן עזריאלי.

למאמר ב- Nature Photonics לחצו כאן

במבצע משולב של הטכניון, עיריית חיפה ופיקוד העורף נהרס אולם הספורט במבנה אהרוני בשכונת הדר. מדובר באולם הספורט ההיסטורי של בית הספר בסמ"ת ששימש למשחקים רבים ואירח בימיו הטובים את ליגת בתי הספר.

האולם, שנשרף בשנה שעברה, נחשב מאז למבנה המסכן את הבניין כולו. לאחרונה, בעקבות קבלת אישור ההריסה ממהנדס עיריית חיפה, חבר הטכניון לפיקוד העורף, שהחליט לנצל את ההזדמנות לתרגול חיוני בחילוץ נפגעים מהריסות. בעקבות זאת הוטמנו באתר, לפני הריסתו, בובות תרגול של פיקוד העורף, ובשבוע שעבר התקיים תרגיל החילוץ בהשתתפות 100 לוחמי יחידת החילוץ הארצית בשיתוף עם יחידת הבטחון של הטכניון ומתנדבי עיריית חיפה, כיבוי אש, מד"א וזק"א.

התרגיל דימה התקפת טילים על ישראל ונפילת מבנים בקרית שמונה צפת וחיפה.

מעורבותו של הטכניון בשכונת הדר פרוסה על פני למעלה ממאה שנה מאז הנחת אבן הפינה לבניין ההיסטורי שלו ב-1912. בשנות ה-60 וה-70 עברו הפקולטות השונות לקמפוס נווה שאנן ובשנות ה-80 העמיד הטכניון את הבניין ההיסטורי שלו לטובת פעילות העמותה המפעילה במקום את מוזיאון המדעטק. בשנת 2016 חידש הטכניון את בניין ההדריון והפך אותו למתקן הוראה ומרכז קהילתי לימודי בהובלת הפקולטה לארכיטקטורה ובינוי ערים.

"אנו מברכים על שיתוף הפעולה עם פיקוד העורף," אמר פרופ' בועז גולני המשנה לנשיא ומנכ"ל הטכניון, "שיתוף הפעולה המשלב הריסה של מבנה מסוכן עם פעילות תרגול חיונית, ומתנצלים מראש על ההפרעה הזמנית לדיירי השכונה."

מפקד יחידת החילוץ הארצית בפיקוד העורף, אל"ם (מיל׳) גולן ואך אמר: ״יחידת החילוץ של פיקוד העורף קיימה בשבוע שעבר תרגיל המדמה תרחיש אמת של ירי טילים וכתוצאה ממנו הרס בשלוש ערים מרכזיות ברחבי הצפון: צפת, חיפה וקריית שמונה.

התרגיל נועד לשיפור כשירותנו לתת מענה מיטבי לכל אירוע חירום אליו נידרש בארץ ובעולם. האתרים בהם התאמנו הם אתרים המיועדים להריסה במסגרת פרויקט ״פינוי בינוי״.  הרצון הטוב של כלל הגופים והרשויות שאחראים על האתרים בהם התאמנו, סייעו לנו להפוך את ההליך לטוב יותר לשם השגת מטרתנו – קיום תרגיל חשוב״.

קרדיט צילום : סער אלמוג

אלה השבועות הראשונים של שמרית אברהם ובן קורין בארצות הברית, שם הם התחילו את הפוסט-דוקטורט שלהם, כל אחד בתחומו. השבוע הם קיבלו, בטקס וירטואלי, את תוארי הדוקטור מהפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון, ויהיו מעתה ד"ר אברהם וד"ר קורין.

הטיסה לארצות הברית, שתוכננה לאפריל 2020, התעכבה בכמה חודשים בגלל הקורונה ויתכן שהייתה מתעכבת עוד אילולא נרתם הטכניון לעזרת כלל הפוסט-דוקטורנטים לעתיד בארצות הברית. דרך פרופ' שמעון מרום, המשנה לנשיא הטכניון לעניינים אקדמיים, הועברה פנייה לוועד ראשי האוניברסיטאות וממנו לשר החינוך זאב אלקין שפנה לשגריר ארה"ב בישראל. בסופו של דבר הבקשה נענתה וכ-100 מסיימי דוקטורט ישראלים נשמו לרווחה.

ההחלטה על פוסט-דוקטורט לא הייתה פשוטה, שכן כמו רבים אחרים המסיימים את עבודת הדוקטורט, גם שמרית ובן התלבטו אם להמשיך באקדמיה או לצאת לתעשייה. בסופו של דבר הם מצאו את השילוב האופטימלי: פוסט-דוקטורט בתעשייה, במעבדת מחקר של חברת הביוטכנולוגיה הענקית Genentech.

בן קורין: מהנדסה לרפואה

בן השלים את כל תואריו האקדמיים בטכניון. "כחיפאי מלידה, לטכניון תמיד הייתה פינה חמה בלב שלי עוד מהטיולים בקמפוס בתקופת הילדות. כבר בתיכון ידעתי כי ברצוני ללמוד בטכניון, שבעיניי היה תמיד המוסד המוביל בארץ בתחום ההנדסה."

לאחר השירות הצבאי החל בן ללמוד לתואר ראשון בפקולטה להנדסת ביוטכנולוגיה ומזון – "תקופה מדהימה שאני מתגעגע אליה מאוד למרות האתגרים הרבים. שם זכיתי ללמוד ממרצים ומתרגלים מוכשרים ובעלי ידע רב. במבט לאחור אני יכול לומר כי תקופה זו אכן עיצבה אותי כמדען וביססה בתוכי את הסטנדרטים הגבוהים של הטכניון."

את פרויקט הגמר ערך בן במעבדתה של פרופ' סימה ירון, "מעבדה שהיא מקור עצום לניסיון מחקרי והסביבה הכי תומכת שאפשר לבקש. למדתי שם המון וזכיתי להכיר אנשים מדהימים שעד היום אני חב להם רבות."

כדי להרחיב אופקים ולצאת מאיזור הנוחות, כדבריו, עבר בן מעולם ההנדסה לעולם הרפואה, והמשיך למסלול ישיר לדוקטורט בפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בהנחיית פרופ' אסיה רולס. "בתחומי המחקר של פרופ' רולס – מדעי המוח והמערכת החיסונית – הידע שלי היה מוגבל, אבל החיבור איתה היה מיידי. הוקסמתי מהנושא ומהתשוקה שלה למחקר והצטרפתי למסע, וזו הייתה החלטה נכונה. ככלל חברי המעבדה, חברים לכל החיים, הייתי שותף מלא לצדדים הקשים והטובים של המחקר ולמדתי איך ליצור מדע. שנות הדוקטורט היו שנים מאתגרות אך מגוונות מאוד. הייתה לי הזכות ללמוד ולקחת חלק במחקרים פורצי דרך, לפגוש חוקרים מוכשרים במגוון תחומים, לעבוד (ולטייל) במקומות רבים בעולם, ולהכיר את עצמי באמת."

"יש סטודנטים שהנוכחות שלהם ממש מעצבת את המעבדה," אומרת פרופ' רולס, "ובן הוא לחלוטין סטודנט כזה מפני שהוא אדם שאכפת לו, מפני שמצוינות היא חלק ממי שהוא ומפני שאהבת המדע שלו רק הולכת וגוברת. בן כל הזמן גרם לי לחשוב, תמיד אתגר אותי ולא קיבל שום דבר כמובן מאליו. מה עוד אפשר לבקש מסטודנט? שיחזור כבר."

שמרית אברהם: מביוטכנולוגיה ימית לחקר הסרטן

שמרית התחילה את לימודיה האקדמיים במכמורת (מכללת רופין), שם השלימה תואר ראשון בביוטכנולוגיה ימית. "במכמורת נולדה האהבה שלי למדע וזכיתי להכיר חברי אמת ומורים לחיים שמלווים אותי עד היום. לימודי התואר השני, בבית הספר הימי של אוניברסיטת חיפה, היו ימים מאתגרים ומלמדים שדרכם רכשתי ידע רב, למדתי לשאול שאלות מדעיות ולענות עליהן וליצור שיתופי פעולה וחברויות מסביב לעולם."

בתום התואר השני, מתוך הבנה שהמחקר המולקולרי הימי בישראל עדיין נמצא בראשיתו, החליטה לוותר על תחום זה והגיעה לטכניון. "הבנתי שאני צריכה לעבור מעולם החי בים לחיית מודל יבשתית שהמחקר סביבה רחב יותר – האדם. חיפשתי מקום שישלב מחקר בסיסי עם מדע פונקציונלי, והפקולטה לרפואה סיפקה את שתי השאיפות." את הדוקטורט בטכניון עשתה בהנחייה משותפת של פרופ' עמי אהרונהיים, החוקר פקטורי שעתוק ואת השפעתם על מחלות לב, ושל פרופ' יובל שקד העוסק בפיתוח טיפולים חדשים לסרטן.

"קפצתי ראש למים העמוקים," היא אומרת, "ושילבתי שיטות מתקדמות בביולוגיה מולקולרית עם חקר הסרטן. זה לא היה פשוט – אבל בהחלט מתגמל ומלמד."

המחקר הבין-תחומי הוביל אותה לשאלת מחקר בין-תחומית: כיצד משפיעות מחלות לב על התפתחות סרטן? מתוך העבודה על שאלה זאת נולד מאמר שהתפרסם לאחרונה בכתב העת Circulation: חוקרי הטכניון, עם עמיתיהם מבתי החולים רמב"ם וכרמל, גילו כי שיבושים במערכת הלב, גם בשלב מוקדם שלהם, עלולים להאיץ תהליכים סרטניים. לפיכך יש לשקול במקרים מסוימים טיפול בבעיות לב גם בשלב שהן מינוריות ולא מסכנות חיים.

"כבר בפגישתנו הראשונה שמרית שידרה ביטחון עצמי ורצון רב להצליח," אומר פרופ' אהרונהיים. "לאורך תקופת הדוקטורט היא עבדה בחריצות רבה וגילתה התמדה וכוח רצון רב שהובילו אותה להישגים יפים ומכובדים. כמו כן נפתח למעבדתנו פתח למחקר חדש ופורץ דרך לעשייה לשנים הבאות עבור תלמידי מחקר נוספים שיגיעו."

"שמרית בנויה מהחומר הנכון של חוקרת באקדמיה," אומר פרופ' שקד. "יש לה דרייב, יכולת חשיבה אנליטית, חוצפה אקדמית (במובן הטוב של המילה), העזה ואופטימיות. כל אלה יחד, עם הדרכה מתאימה משני מנטורים שונים מאוד, הובילו לשני מחקרים יוצאים מן הכלל הפותחים צוהר חדש  למחקר בתחום הסרטן, מערכת החיסון והלב. אני זוכר ששמרית הגיעה מאוד 'ירוקה' ומהר מאוד הצליחה לפתח יכולות מחקריות מתקדמות ביותר. לא פשוט לעבור מביולוגיה ימית לביולוגיה תאית, וברמת החיה השלמה. בזכות יכולותיה והאופי המיוחד שלה הצליחה שמרית להביא את הידע שלה לידי ביטוי. אני מאחל לה הצלחה ומאוד רוצה לראות אותה חוזרת ארצה לאקדמיה."

צמד מנצח

שמרית ובן נפגשו לראשונה בריטריט – אירוע פקולטי שבו נפגשים חוקרי הפקולטה להרצאות ולעדכונים הדדיים. שמרית ארגנה את האירוע ובן הגיע אליו עם קבוצת המחקר של פרופ' רולס. "זאת אהבת אמת," אומר בן. "גיליתי בשמרית את החברה הכי טובה שלי, מדענית מקצועית ביותר וחסרת פשרות. היינו ביחד במעבדה ומחוצה לה, ואנחנו אפילו חתומים על כמה מאמרים משותפים."

"בן הוא הנפש התאומה שלי ואהבת חיי," אומרת שמרית. "הוא לימד אותי את סודות הטכניון ואיך ליהנות ולטייל בעולם מבלי להתפשר על עבודה קשה ומדע איכותי."

כעת, כשהם מתארגנים על חייהם החדשים באמריקה, הם מסכמים בסיפוק את התקופה הטכניונית אך מבינים שהמסע עוד ארוך. "זוהי רק תחילתה של הדרך המחקרית שלנו ואני סקרנית לראות מה יהיה בהמשך," אומרת שמרית. "מה שבטוח – את התקופה המדהימה שהייתה לנו בטכניון לא אשכח."

בתמונה: שמרית ובן בטיול סיום הדוקטורט בווייטנאם – פברואר 2020, רגע לפני שהגבולות נסגרו

MedHacks הוא ההאקתון הגדול ביותר בארה"ב לפיתוח טכנולוגיות רפואיות, והשנה השתתפו בו יותר מאלף סטודנטים, רופאים, מהנדסים, אנשי מדע ויזמים מכל העולם. האירוע נערך בשיתוף פעולה בין אוניברסיטת ג'והנס הופקינס ל-MLH – ארגון המוביל מאות האקתונים סטודנטיאליים בכל שנה – ובמימון גורמים שונים ובהם Google Cloud.

בקבוצת Scan&Sound חברים ארבעה סטודנטים ובוגרים מהטכניון: הדס ברוידא, סטודנטית בפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט (שנה שישית); שון היילברון-דורון, סטודנטית בפקולטה לרפואה (שנה רביעית); שונית פולינסקי, סטודנטית לתואר שני בפקולטה להנדסת מכונות; ורון לירז, בוגר תואר שני בפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי. הסטודנטית החמישית בקבוצה היא ליאור לוינשטיין, סטודנטית לרפואה (שנה שלישית) באוניברסיטת מיזורי בארצות הברית.

שבץ מוחי הוא תופעה קלינית הפוקדת כל אדם רביעי (בארצות הברית) בשלב כלשהו במהלך חייו. אירוע זה יכול להתרחש ברמות שונות של חומרה – משבץ שהאדם כלל אינו מודע לקיומו ועד אירוע המוביל למגבלות קוגניטיביות ומוטוריות חמורות ואף למוות. בנוסף לפגיעה האישית והבין-אישית גוררים אירועי שבץ הוצאות פיננסיות עצומות לאדם, למערכת הבריאות ולמדינה, מה שמגביר את המוטיבציה לפיתוח שיטות לזיהוי השבץ בשלב מוקדם שבו הטיפול בו יעיל יותר.

האפליקציה שפיתחה הקבוצה זכתה במקום השני בהאקתון בקטגוריית "רפואה מותאמת אישית המבוססת על נתונים". Scan&Sound מזהה מצבים מוקדמים ומינוריים של שבץ מוחי על סמך ניתוח קול והבעת פנים וניתוח הנתונים באמצעות בינה מלאכותית. במקרה של שינוי משמעותי תודיע האפליקציה למשתמש כי הוא סובל מתסמינים שעלולים להצביע על שבץ מוחי ותציע לו להתקשר לאנשי קשר שנקבעו מראש או למוקד חירום.

הדס ברוידא, ראש הקבוצה, העלתה את הרעיון לאחר שאדם קרוב אליה לקה בשבץ מוחי. ביום האירוע נפגש אותו אדם עם חבריו ובני משפחתו, שהבחינו מיד כי משהו אינו כשורה אולם לא חשדו שמדובר בשבץ. "כתוצאה מכך," אומרת ברוידא, "הגיע האיש לבית החולים באיחור והחמיץ את 'החלון הטיפולי'. מאז לא הפסקתי לחשוב איך למנוע את האירוע הבא ואיך יתכן שהטלפון, שנמצא איתנו כל הזמן ואוסף עלינו מידע ממילא, אינו יכול לזהות ולהתריע שאנחנו לא בסדר."

הדס ברוידא ושון היילברון-דורון הכירו כבר קודם, כשהתחרו יחד בהאקתון T2Med שערכה הפקולטה לרפואה ע"ש רפפורט בטכניון. בעקבות הניצחון ב-T2Med נרשמו השתיים להאקתון בג'והנס הופקינס והזמינו את רון לירז, מהנדס חשמל מוכשר ומנוסה שהכירו בT2Med-, לחבור אליהן. שתי חברות קבוצה נוספות הגיעו, כמיטב המסורת הישראלית, דרך היכרות אישית וקשר משפחתי. כך התגבשה הקבוצה הטראנס-אטלנטית הייחודית והמגוונת שפיתחה את Scan&Sound.

העבודה בהאקתון עצמו הייתה מאתגרת במיוחד, שכן מלבד המרחק הפיזי נדרשו חברי הקבוצה להתמודד עם הפרשי השעות לארה"ב ועם מחויבויות קודמות כגון לימודים בבתי חולים. היעד הושג בזכות תקשורת, תכנון, נחישות, חלוקת עבודה ובעיקר מחויבות אישית של כל אחד מחברי הקבוצה לפרויקט.

השופטים בתחרות התלהבו מאוד מהפרויקט וביקשו מחברי הקבוצה, בהומור מעורב בהתפעלות, לזכור אותם גם אחרי שיתעשרו ויתפרסמו; אבל ברוידא וחבריה מדגישים כי המטרה האמיתית של הפרויקט היא לתת לכל אדם הזדמנות להגיע לטיפול בזמן ולשמור על מוחו, זהותו וחייו, וכי זאת המוטיבציה המניעה אותם במאמציהם להקים צוות טכנולוגי וליצור שיתופי פעולה עם מחלקות נוירולוגיות ועם מרכזי שיקום בישראל ובארצות הברית.

כתב העת Physical Review X מדווח על פיתוחו של מָהוֹד אופטי, חסר תקדים ביכולות הההעצמה התהודתית שלו. את המהוד פיתח יעקב ח'יר-אלדין בזמן שהשתלם במעבדתו של פרופ' טל כרמון.

מהוד (Resonator) הוא מתקן הכולא בתוכו גלים ומעצים אותם באמצעות החזרתם מדופן לדופן בתהליך הקרוי העצמה תהודתית (Resonance enhancement). כיום יש בעולם מהודים מתוחכמים ומשוכללים מסוגים שונים אך גם על מהודים פשוטים המוכרים לכולנו – למשל תיבת התהודה של גיטרה, המעצימה את הצלילים שמפיקים המיתרים, או גוף החלילית המעצים את הצלילים הנוצרים בפיית הכלי.

הגיטרה והחלילית הן מהודים אקוסטיים שבהם מהדהד הקול בין קירות המהוד. בפיזיקה קיימים גם מהודים אופטיים, למשל במכשירי לייזר. לדברי פרופ' כרמון, מהוד הוא אחד המכשירים החשובים ביותר באופטיקה – "הוא הטרנזיסטור של האופטיקאים."

מהודים מצריכים שתי מראות לפחות, אולם הם יכולים להכיל גם יותר משתיים – למשל שלוש מראות המחזירות את האור במסלול בצורת משולש, ארבע במרובע וכן הלאה. אפשר גם לסדר הרבה מראות בצורה כמעט מעגלית כך שהאור מסתובב בצורה כמעט מעגלית, וככל שנגדיל את מספר המראות בטבעת האמורה נתקרב למבנה של מעגל מושלם.

אבל זה אינו סוף פסוק, שכן הטבעת מגבילה את תנועת האור למישור יחיד. הפתרון הוא כמובן מבנה כדורי, המאפשר לאור להסתובב בכל המישורים העוברים דרך מרכז המעגל, בלי קשר להטייתם, כלומר במרחב התלת-ממדי.

כעת אנו עוברים מהפיזיקה להנדסה: כיצד לייצר מהוד שהוא כדור נקי, חלק ומדויק ככל האפשר, שהאור יסתובב בתוכו פעמים רבות ככל האפשר וכך יועצם באופן המרבי? אתגר זה העסיק קבוצות מחקר רבות והניב בין השאר מהוד זכוכית זעיר בצורת כדור או טבעת, המוחזק ליד סיב האופטי מדוקק שמצמד לתוכו את האור. דוגמה לכך הציג פרופ' טל כרמון לפני שנתיים בכתב העת Nature.

אולם גם מהוד הזכוכית הכדורי אינו סוף פסוק, שכן נקודת החיבור שלו לסיב האופטי יוצרת עיוות בצורתו הכדורית. מכאן נולדה השאיפה לייצר מהוד מרחף – מהוד שאינו מוחזק על ידי שום עצם חומרי.

המיקרו-מהוד הראשון בעולם הודגם בשנות ה-70 על ידי ארתור אשקין, חתן פרס נובל בפיזיקה לשנת 2018, שאכן הציג מהוד מרחף. למרות ההישג, כיוון מחקר זה ננטש עד מהרה. כעת, בהשראת עבודתו החלוצית של אשקין, מציגים חוקרי הטכניון את המהוד המרחף המפגין העצמה תהודתית של 10,000,000 סיבובי אור, וזאת לעומת כ-300 סיבובים במהוד של אשקין.

המהוד המרחף

במהוד העשוי מראות המחזירות 99.9999 אחוז מהאור, האור יסתובב כמיליון סיבובים או "טיולים מעגליים", כפי שקוראים להם בשפה מדעית. אם ניקח אור שהספקו 1 ואט, בדומה לאור של המבזק (פלאש) בטלפון סלולרי, וניתן לו להסתובב הלוך וחזור בין המראות הללו, הספק האור יתעצם לכמיליון ואט – הספק המשתווה לצריכת החשמל של שכונה גדולה בחיפה. בהספק האור הרב נוכל להשתמש, למשל, כדי לעורר תגובת גומלין בין אור לחומר שקוף הנמצא בין המראות.

למעשה, מיליון הוואט מורכבים מאותו חלקיק אור בודד העובר הלוך ושוב דרך החומר, אבל החומר אינו "יודע" שזה אותו חלקיק אור שנע שוב ושוב דרך החומר, ורק "מרגיש" בהספק הרב. בהתקן מסוג זה חשוב גם שמיליון הוואט יעברו דרך שטח חתך קטן, ואכן, המכשיר שפיתח ח'יר-אלדין מוליך את האור ב-10 מיליון טיולים מעגלים, כשהאור ממוקד לשטח אלומה הקטן פי 10,000 משטח החתך של שערה. בכך שבר ח'יר-אלדין את שיא העולם בהעצמה תהודתית של אור.

המהוד שפיתחו חוקרי הטכניון עשוי מטיפת שמן זעירה בקוטר של כ-20 מיקרון – רבע מעובייה של שערה. הטיפה מוחזקת באוויר באמצעות אור בטכניקה הקרויה "מלקחיים אופטיים".  טכנולוגיה זו, המאפשרת להחזיק חלקיקים באמצעות אור, משמשת כאן להחזקת הטיפה באוויר בלי תמיכה חומרית – סיב או עמוד אחר – העלולה לפגום בצורתה הכדורית או ללכלך את הטיפה. לדברי פרופ' כרמון, "ההמצאה האופטית הגאונית הזאת, המלקחיים האופטים, משמשת המון במדעי החיים, בכימיה, בהתקני מיקרו-זרימה ועוד, ודווקא האופטיקאים כמעט ולא משתמשים בה – קצת כמו סנדלר שהולך יחף. במחקר הנוכחי אנחנו מראים שלמלקחיים האופטיים יש פוטנציאל עצום בתחום ההנדסה האופטית. אפשר למשל לבנות מעגל אופטי באמצעות מלקחיים אופטיים מרובים המחזיקים מהודים רבים ושולטים על מיקומם של המהודים ועל צורתם בהתאם לצורך."

גם ממדיה הזעירים של הטיפה מסייעים לשיפור שלמותה הכדורית, משום שכוח הכבידה כמעט אינו מעוות אותה, שכן הוא שולי בממדים הללו יחסית לכוחות מתח הפנים של הנוזל המקנים לו צורת כדור.

במערכת הייחודית שפיתחו חוקרי הטכניון מוחזקת טיפת השמן על ידי קרן לייזר ומקבלת את האור מסיב אחר, שגם מקבל את האור חזרה אחרי שעבר במהוד. על פי תכונותיו של האור החוזר בסיב יכולים החוקרים לדעת מה קרה בתוך הטיפה. לדוגמה, הם יכולים לכבות את האור הנכנס למהוד ולבדוק כמה זמן ישרוד פוטון במהוד לפני שידעך, ועל סמך נתון זה ומהירות האור לחשב את מספר הסיבובים שעושה הפוטון (בממוצע) בטיפה. כאן, כאמור, מדובר בשיא עולם בהעצמת אור: 10,000,000 סיבובים העוברים דרך שטח חתך של כמיקרון בריבוע ומגבירים את האור פי 10 מיליון.

במחקר השתתפו גם  שי מעייני, מארק דוידזון ולאונרדו מרטין מהטכניון ולב דייץ מהפקולטה לפיזיקה ב-Queens College of CUNY. המחקר נערך במסגרת מרכז מצויינות "מעגל האור" של הקרן הלאומית למדע ושל הועדה לתכנון ותקצוב (ICORE), קרן ארה"ב-ישראל למדע (BSF), קרן המדע האמריקאית (NSF), והקרן הלאומית למדע (ISF).

למאמר בכתב העת Physical Review X  לחצו כאן

מלמעלה למטה: המערכת שבמרכזה הטיפה המרחפת באוויר המשמשת מהוד אופטי (הנקודה הירוקה היא הטיפה המרחפת); הטיפה במבט על, באמצעות מיקרוסקופ; הטיפה במבט צד (העצם הארוך מימין הוא הסיב האופטי המחדיר את האור למהוד); והגדלה של הטיפה במבט צד.

חברת, ההזנק H₂PRO המפתחת טכנולוגיה חדשנית שהומצאה בטכניון לייצור מימן באמצעות אנרגיה ירוקה, עלתה לרשימת הפיינליסטיות בתחרות היוקרתית של חברת האנרגיה SHELL, והיא החברה הצעירה ביותר ברשימה והיחידה מישראל. במסגרת התחרות, הקרויה New Energy Challenge, נערכו כמה סבבי סינון וכעת הכריזו המארגנים על חמשת הפיינליסטים המיועדים להשקעה ולגמלון [הגדלה] (Ventures track: Scale-ups) ובהם H₂PRO.

הטכנולוגיה החדשנית של H₂PRO מבשרת עידן חדש בייצור מימן ירוק על ידי פיצול מים למימן וחמצן באמצעות אנרגיה חשמלית (אלקטרוליזה). באלקטרוליזה המסורתית מיוצרים המימן והחמצן בעת ובעונה אחת בסמיכות זה לזה – מצב מסוכן המצריך ממברנה המפרידה ביניהם. השימוש בממברנה מייקר משמעותית את המערכת ואת תפעולה. מימן ירוק הוא דלק חלופי לנפט וגז טבעי, ויש לו תפקיד קריטי בהקטנת פליטות מזהמים מתחבורה, ייצור חומרים וכימיקלים, חימום ואגירת אנרגיות מתחדשות.

הטכנולוגיה החדשה מייתרת את הממברנה משום ששני הגזים נוצרים בשלבים שונים. יתר על כן, טכנולוגיה זו מגדילה את ניצולת האנרגיה מסביבות 75% ל-95%, משפרת משמעותית את בטיחות התהליך, מפחיתה בכמחצית את ההוצאה ההונית לבניית המערכת ומגדילה את לחץ המימן הנוצר ובכך מצמצמת את המאמץ הנדרש לדחיסת הגז.

H₂PRO נוסדה ב-2019 על ידי חוקרי הטכניון פרופ' גדעון גרדר (הנדסה כימית), פרופ' אבנר רוטשילד וד"ר חן דותן (מדע והנדסה של חומרים), אליהם חברו מייסדי חברת Viber בראשות היזם טלמון מרקו. החברה קיבלה רישיון בלעדי למסחור הטכנולוגיה מ-³T, יחידת המסחור של מוסד הטכניון, ועד כה גייסה הון מהחברות יונדאי, סומיטומו ובזן, מקרנות וממשקיעים פרטיים. המחקר שהוביל להקמת H₂PRO  נתמך על ידי תכנית האנרגיה ע"ש ננסי וסטיבן גרנד בטכניון (GTEP), תרומת אד סאטל, קרן אדליס, משרד האנרגיה והנציבות האירופית (תוכנית המסגרת 2020 של האיחוד האירופי). המחקר התבצע עם ד"ר אביגיל לנדמן, שהייתה סטודנטית משותפת של הפרופסורים רוטשילד וגרדר.

בתמונה מימין לשמאל: ד"ר חן דותן, פרופ' אבנר רוטשילד, פרופ' גדעון גרדר וד"ר אביגיל לנדמן

הימים האחרונים מציבים אותנו, שוב, אל מול פני מגפת הקורונה. עליה מדאיגה במספרי הנדבקים והחולים הביאה את מדינת ישראל לכדי סגר. ההשפעה של הסגר ושל אי הוודאות על חיינו האישיים, החברתיים והמקצועיים ניכרת, כמובן, גם בטכניון.

הסמסטר יפתח כמתוכנן בתאריך 21.10.2020. בפתיחת הסמסטר, הלמידה תתבצע באמצעים מקוונים בלבד. כל פעילות ההוראה תונגש באופן דיגיטאלי-סינכרוני ותוקלט, וההקלטות תעמודנה לרשות הלומדים והלומדות עד סוף הסמסטר. לשם כך נערכנו בחודשים האחרונים והשקענו משאבים ניכרים בזיווד כיתות הלימוד בקמפוס בציוד צילום מתקדם ובהכנתן לפתיחת הסמסטר.

הברכה "תכלה שנה וקללותיה, תחל שנה וברכותיה" מקבלת השנה משמעות מיוחדת – תפילה ותקווה להיעלמות הנגיף וחזרה לשגרה הישנה.