מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים

חדשות המחקרים

carousle news research: 
תמונת באנר: 
בחר את סוג הלובי: 
מחקרים
לראות ולא להאמין

מחקר

16.03.2021
לראות ולא להאמין

האם טכנולוגית הדיפ פייק​ הגיעה למצב שאנחנו כבר לא יכולים לסמוך על מה שאנחנו רואים והאם זה תמיד רע?

  • מחקר
  • הנדסת תעשייה

פרופ' עירד בן גל, מהמחלקה להנדסת תעשייה וראש המעבדה ליישומי בינה מלאכותית ולמידת מכונה, התראיין לאחרונה לכתבה בוואלה חדשות העוסקת בסיכוני ה"דיפ-פייק" בזמן בחירות. בכתבה הוא מסביר מדוע הטכנולוגיה הזו יכולה ביישומים מסוימים להיות לגיטימית וחיובית בתנאי שתופעל כראוי. בין היתר הוא מספר על שימוש במודלים של רשתות עמוקות המאפשרים ליצור הדמיה מדויקת של המציאות ביישומים כגון ערים חכמות, שיתוף דעות חדשות ברשת ואפילו במודלים אפידמיולוגים של הדבקה. העבודות המוזכרות נעשות בשיתוף עם חוקרים אחרים מהמחלקה להנדסת תעשייה: ד"ר ערן טוך, ד"ר ארז שמואלי וד"ר דן ימין.

 

דיפ פייק

בחודשים האחרונים נחשפנו בעולם הדיגיטלי לטכנולוגית הדיפ פייק. טכנולוגיה המבוססת על בינה מלאכותית ומאפשרת בין היתר "השתלת" פנים של אדם אחד, על סרט וידאו של אדם אחר. הזיוף נראה אמין, לא פחות מהמציאות. החשש הגדול מטכנולוגיה זו הוא שבידיים הלא נכונות היא יכולה להוות סכנה ממשית לפרטיות שלנו בין אם זו גניבת זהות, הונאות כספיות וחברתיות, פייק ניוז ועד פגיעה ממשית בתהליכים דמוקרטיים כפי שנראו בבחירות לנשיאות בארה"ב ב-2016.

 

הדרך היעילה להפיץ באינטרנט דעה חדשה או מוצר

במחקר משותף שהתפרסם במגזין Europhysics Letters ונערך בזמנו  עם ד"ר אלון סלע (בזמן שהיה דוקטורנט במחלקה להנדסת תעשייה), פרופ' שלמה הבלין וד"ר לואיס שכטמן נעשתה השוואה בין מודלים להפצת מידע הנקראים "Word of Mouth (WOM)" שמייצגים הפצה ברשת חברתית לבין מודלים של הפצת מידע באמצאות מנועי חיפוש שנקראים WEB. החוקרים בדקו מהי הדרך היעילה להפיץ באינטרנט דעה חדשה או מוצר חדש שעדיין לא נפוצים.

 

הממצאים במחקר, כמו במחקרי המשך יחד עם ד"ר ארז שמואלי - מומחה לרשתות חברתיות, הראו כי הדרך היעילה ביותר להפצת מידע חדש היא לוודא שבזמן קצר מרגע שאדם נחשף לדעה הזו, הקרובים אליו ברשת החברתית שהם ברובם אנשים רגילים ולא דמויות מוכרות כמו סלבריטאים יגיבו ויהדהדו את המסר החדש וחוזר חלילה תוך חיזוק המגמה של פיעפוע המידע באופן מקומי ברשת. זו אגב במידה רבה הטקטיקה שנקטה חברת קימברידג' אנליטיקס בבחירות הראשונות של טראמפ על בסיס נתוני פייסבוק. 

 

"עכשיו אפשר לתאר מצב שבו שניתן לייצר דיפ-פייק בכמויות מסחריות עצומות לא רק של פוליטיקאים אלא של אנשים רגילים - אלו שקשורים אישית לכל אחד ואחת מאתנו - וכך להשפיע על הקרובים להם ברשת. הפעלה כזו בימים אחרונים לבחירות יכולה לשנות תוצאות באופן קיצוני וגם אם ההונאה תתגלה בסופו של יום – זה יהיה מאוחר מידי" אומר פרופ' בן גל "מצד שני מחקרים הראו שגיוון של דעות – כולל דעות חדשות ולא נפוצות – הוא חיוני ומעשיר. שימוש בטכנולוגיה כזו – תחת הנחה שהיא אמינה ולגיטימית תאפשר להעשיר את גוף הידע האנושי בדעות שונות ומגוונות".

 

הדמיה מדויקת של המציאות

בנוסף למחקרים בהם השוו, פרופ' בן גל ושותפיו, מודלים להפצת מידע, הוא גם חוקר יחד עם ד"ר ערן טוך - מומחה בתחום עיבוד נתונים ופרטיות - והסטודנטית מאיה ארדיטי מודלים של רשתות עמוקות המאפשרים ליצור הדמיה מדויקת של תנועת אנשים בערים בהתבסס על נתוני תנועה סלולרית. "זה מחקר שבו מצד אחד ניתן לייצר סימולציית תנועה מדויקת מרמת בן אדם בודד שנע בתוך עיר ומצד שני, משיקולי פרטיות הוא אינו חושף את הנתונים של אנשים אמיתיים ומסכן את פרטיותם" מסביר פרופ' בן גל. "סוג כזה של יצור נתונים על ידי מודלים כגון רשתות עמוקות מסוג LSTM (Long Short Term Memory) ורשתות עמוקות מסוג  (Generative Adversarial Networks)GAN בהן שתי רשתות מתחרות ולומדות האחת מהשנייה - האחת מייצרת נתונים באופן סימולטיבי והשנייה מאשרת או פוסלת אותם  - מאד רלוונטי לדוגמה ליישומי תחבורה  חכמה ויישומי ערים חכמות. אפילו למודלים אפידמיולוגים שמשמשים לניתוח וחיזוי נתוני הדבקה, בהן נעשה שימוש בנתוני תנועה בזמן התפרצות מגפה", למשל במחקרים משותפים עם ד"ר דן ימין שהינו מומחה למודלים של מחלות מדבקות.

 

משלבים באופן לגיטימי בין העולם הפיזי לעולם הדיגיטלי

בפרויקט ","Digital Living 2030 המשותף לפקולטה להנדסה ולאוניברסיטת סטנפורד בראשו עומדים פרופ' בן גל ופרופ' במבוס, עוסק בהסתכלות על החיים של כולנו בעוד 10-15 שנים, מתוך מחשבה שלפני 10-15 שנים החיים היו שונים לחלוטין מאלו שאנו חווים כיום. Digital Living 2030 עוסק בעיקר בחיבור שבין העולם הדיגיטלי לעולם הפיזי שהופך במידה רבה משולב יותר ויותר שמנתחים מגמות על החיים העתידיים שלנו. חלק מהמגמות האלה נחזו כבר בשנה האחרונה של התפרצות מגפת הקורונה.

 

פרופ' בן גל מסביר שיישום אפשרי אחד לטכנולוגיית הדיפ-פייק כאשר חושבים על שילוב הולם בין העולם הפיזי לעולם הדיגיטלי הוא ייצור אווטר (דמות דיגיטלית) שיכולה לייצג אדם במרחב הדיגיטלי באופן יחסית מדויק ליישותו הפיזי – אבל הפעם למטרה חיובית – על מנת ולייצג את אותו אדם בעבודות לגיטימיות – "תחשבו על רדיולוג מומחה שהדמות הדיגיטלית שלו למדה מכל נתוני העבר מה פיענוחי ההדמיות הרפואיות שהוא ביצע ולכן תוכל לעבוד בעולם הדיגיטלי במקומו בזמן שהדמות הפיזית שלו אינה פנויה. בדיוק כמו שתוכנה יכולה לפעול גם בזמן שהאלגוריתמים שייצרו אותה הלכו לישון".

 

נקודה למחשבה

פרופ' עירד בן גל"לאחרונה הדיפ-פייק נעשה יותר ויותר נגיש וזמין למשתמש הפרטי. אני חושב שכל מי שנחשף לפייק ניוז באינטרנט - כולל פעולות מאסיביות של בוטים ברשתות חברתיות כגון טוויטר צריך להיות מאד מודאג מהאופן בו טכנולוגיות חדשניות כגון דיפ פייק יכולות להשפיע באופן משמעותי על דעת קהל. ככל שהטכנולוגיות האלה מתקדמות הן מייצרות מצב לא מאוזן בו מי שייטיב לשלוט בהן יוכל להטות את דעת הקהל לטובתו וזו סכנה מוחשית לדמוקרטיה. הטכנולוגיה עדיין לא מאד נפוצה אבל היא תהיה מאד מסוכנת ברגע שתהפוך נגישה ותאפשר לייצר בקלות הדמיה אמינה שקשה להפריד בינה ובין המציאות" מסביר פרופ' בן גל "מצד שני כל אותן דוגמאות במחקרים שציינתי הן דוגמאות חיוביות ולגיטימיות לטכנולוגיה שכזו – למעשה מאז שהאדם הקדמון למד כיצד להבעיר אש – הטכנולוגיה קיימת והשימוש בה, לטוב ולרע, מצוי בידי בני האדם שמפעילים אותה".

 

 

 

 

האוזן של החגב בתוך הצ'יפ

מחקר

16.03.2021
לראשונה בעולם: רובוט הצליח "לשמוע" באמצעות אוזן של בעל חיים

ד"ר בן מעוז מהנדסה ביו-רפואית בשיתוף חוקרים ומומחים מאוניברסיטת תל אביב חיברו אוזן אמיתית של חגב – לרובוט

  • מחקר
  • הנדסה ביו-רפואית

פיתוח טכנולוגי וביולוגי של אוניברסיטת תל אביב, חסר תקדים בארץ ובעולם, מאפשר לראשונה לחבר אוזן של בעל חיים מת (חגב) לרובוט שקולט את האותות החשמליים של האוזן ומגיב בהתאם. התוצאה מיוחדת במינה: החוקרים מוחאים מחיאת כף אחת, האוזן של החגב שומעת את הצליל והרובוט נוסע קדימה. החוקרים מוחאים שתי מחיאות כף, האוזן שומעת – והרובוט נוסע אחורה".

 

המחקר האינטרדיסציפלינרי נערך בהובלת ד"ר בן מעוז מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית ובית הספר סגול למדעי המוח, בשיתוף צוות מומחים מבית הספר לזואולוגיה ובית הספר סגול למדעי המוח: פרופ' יוסי יובל, פרופ' אמיר אילי, ד"ר אנטון שיינין, עידן פישל, יוני עמית, נטע שביל. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת היוקרתי Sensors.

 

החוקרים מסבירים שבתחילת המחקר הם ביקשו לבחון כיצד ניתן לשלב את היתרונות של המערכות הביולוגיות גם במערכות הטכנולוגיות, ואיך אפשר להשתמש בחושים של בעלי חיים מתים כחיישנים לרובוט. "בחרנו בחוש השמיעה, כי אפשר להשוות אותו בקלות לטכנולוגיות קיימות – בניגוד לריח למשל ששם האתגר גדול עוד יותר", מדגיש ד"ר מעוז. "האתגר שלנו היה להחליף את המיקרופון אלקטרוני של הרובוט באוזן של חרק מת, לנצל את היכולת של האוזן לקלוט את האותות החשמליים מהסביבה, במקרה הזה את הוויברציות באוויר, ובאמצעות שבב מיוחד להמיר את קלט החרק לקלט של רובוט".

 

לצורך המשימה הייחודית והלא שגרתית, בשלב הראשון החוקרים במעבדה של ד"ר מעוז בנו רובוט שמסוגל להגיב לאותות שהוא מקבל מהסביבה. לאחר מכן, בשיתוף פעולה רב תחומי החוקרים הצליחו לבודד ולאפיין את האוזן של חגב מת, להצליח להחזיק אותה בחיים, כלומר מתפקדת, מספיק זמן כדי ניתן לחבר אותה בהצלחה לרובוט. בשלב האחרון החוקרים הצליחו למצוא דרך לקלוט את האותות שנקלטים באוזן החגב בדרך שתהיה שימושית גם לרובוט. בסוף התהליך, הרובוט הצליח 'לשמוע' את הצלילים ולהגיב בהתאם.

בתמונה: הרובוט עם הצ'יפ

 

"מעבדתו של פרופ' אילי בעלת ניסיון רב בעבודה עם חגבים, והם פיתחו מיומנויות לבודד את האוזן ולאפיין אותה", מסביר ד"ר מעוז. "מעבדתו של פרופ' יובל בנתה את הרובוט ופיתחה קוד המאפשר לרובוט להגיב לאותות חשמליים של קול. ואילו המעבדה שלי פיתחה מכשיר מיוחד – אוזן-על-שבב – שמאפשר לשמור את האוזן חיה זמן לאורך הניסוי באמצעות אספקה של חמצן ומזון לאיבר, ובמקביל מאפשר להוציא את הסיגנלים החשמליים מאוזן החגב, להגביר ולהעביר אותם לרובוט".

 

ככלל, למערכות ביולוגיות יתרון עצום על מערכות טכנולוגיות – הן מבחינת הרגישות והן מבחינת תצרוכת האנרגיה. לכן הפרויקט של חוקרי אוניברסיטת תל אביב פותח פתח לשילובים חושיים בין רובוטים לחרקים – ועשוי לייתר פיתוחים מסורבלים ויקרים בהרבה בתחום הרובוטיקה.

 

"צריך להבין שמערכות ביולוגיות מוציאות אנרגיה זניחה ביחס למערכות אלקטרוניות. הן ממוזערות, ולכן גם חסכוניות ויעילות, בצורה קיצונית. לשם השוואה, מחשב נייד צורך כ-100 וואט לשעה, ואילו המוח האנושי צורך כ-20 וואט ביממה. הטבע מתקדם מאיתנו בהרבה, לכן כדאי להשתמש בו. ניתן להשתמש בעיקרון שהצגנו, וליישם אותו על חושים אחרים, כמו ריח, ראייה ומישוש. לדוגמה, לבעלי חיים מסוימים יש יכולות מדהימות לזיהוי של חומרי נפץ וסמים, וייצור של רובוט עם אף ביולוגי יוכל לעזור לנו לשמור על חיי אדם ולזהות עבריינים באופן שלא ניתן כיום. יש בעלי חיים שיודעים לזהות מחלות ואחרים שיודעים לחוש רעידות אדמה. השמיים הם הגבול".

יצירת חומרי אנרגיה (זרזים) חדשים לשיפור ביצועים בתא דלק מימני

מחקר

01.03.2021
יצירת קטליזטורים (זרזים) חדשים לשיפור ביצועים בתא דלק מימני

חוקרים מהמחלקה למדע והנדסה של חומרים פרסמו שני מאמרים המציגים אסטרטגיות חדשות לשיפור הביצועים והעמידות של תאי דלק מימניים.

  • מחקר
  • מדע והנדסה של חומרים

ד"ר בריאן רוזן, ראש המעבדה לחומרי אנרגיה בפקולטה להנדסה אוניברסיטת תל אביב חוקר מגוון נושאים חיוניים שעשויים לשמש תשתית לפיתוח אנרגיה חלופית וירוקה, לייצור דלק סינתטי ולפיתוח תאי דלק עבור מגוון יישומים. במאמרו שפורסם לאחרונה מראה ד"ר רוזן כיצד ניתן להכין חומרים חדשים לשיפור פעילות תא הדלק האלקליין.

 

לתאי דלק אלקליין יתרונות רבים על פני תאי דלק חומציים בכל הנוגע ליציבותם וחייהם, אך הפעילות שלהם (כלומר כמה כוח הם יכולים לייצר) נמוכה מתאי הדלק החומציים. היום עדיין משתמשים בתאי דלק חומציים במקום בתאי דלק אלקליין מכיוון שתגובת האנודה (האלקטרודה בה מתרחשת תגובת חמצון) בתאי דלק אלקליין, המפרקת את המימן, עדיין איטית מדי.

 

הולכים לכיוון ירוק יותר

מימן עשוי למלא תפקיד מרכזי בכלכלת "האנרגיה" שלנו בעתיד בזמן שאנו נלחמים נגד העלאת הפחמן-הדו-חמצניCO2) ) ושינויי האקלים. תאי דלק מימן יכולים לספק לנו דרך להמיר מימן לחשמל לפי דרישה ולשמר תוך כדי כך על סביבה נקייה.

 

לאחרונה עבד ד"ר רוזן על מחקר חדש בשיתוף פעולה עם חוקרים מהטכניון - פרופ' דריו דקל, וחוקרים ממדינות נוספות כמו סין, פורטוגל וארה"ב, בו פיתחו סוג חדש של חומר קרמי מבוסס על מתכות מעבר קרבידיות היכול להעלות את הביצועים של תא דלק אלקלי.(AFC)

 

תא דלק אלקליין הוא סוג של תאי יונים הידרוקסיד (OH-) החוצים את הממברנה מקתודה לאנודה. זאת בניגוד לתא דלק חומצי שבו פרוטונים (H +) חוצים את הממברנה בכיוון השני מאנודה לקתודה. ההבדל בין תא דלק אלקליין לחומצי הוא סוג הממברנה המשמשת, סוג היון המועבר וה- pH שלו

בתמונה: תא דלק אלקליין

 

לייצר יותר כוח

ממצאי המחקר של ד"ר רוזן מצביעים על כך שניתן להביא לסוף של פליטת CO2 ולייצר חשמל, מים וקצת חום רק ע"י הזנת מימן וחמצן.

 

בעוד שתאי דלק אלקלים מספקים שיפור בעמידות התא, הם אינם יכולים לייצר צפיפות הספק כמו תאי דלק חומציים בגלל הקינטיקה הנמוכה בפירוק המימן. מחקר זה הראה כיצד סגסוגות של מתכות מעבר קרבידיות המבוססות מוליבדינום וטנטלום יכולות להאיץ תגובה זו ולשפר את ביצועי תאי הדלק. כלומר, בתא דלק אלקליין, הצד המפצל את דלק המימן (האנודה) הוא ההחלקה האיטית. על ידי חקירת זרזים חדשים של מתכת קרביד, אנו לומדים כיצד להפוך את התגובה למהירה יותר על מנת לאפשר לתאי דלק אלקליין לייצר יותר כוח.

 

ניסויים במאיץ החלקיקים 

אלירן חמו, כותב ראשי של המאמר ודוקטורנט במעבדה של ד"ר רוזן - במסגרת המחקר, היה המדען הישראלי הראשון שביצע ניסויים במאיץ החלקיקים SESAME ושזה עתה הוקם באלאן, ירדן. באמצעות שימוש בקרינת רנטגן במאיץ החלקיקים, צוות החוקרים אימת את הממצאים החישוביים כי סגסוגות של מתכות מעבר קרבידיות יכולות להוביל לשיפור בפעילות הקטליטית.

 

המחקר פורסם בכתב העת- ACS Catalysis,  אחד מכתבי העת המובילים בעולם בתחום הקטליזה - קישור למאמר

 

שיפור נוסף בביצועים והעמידות הקטליטית

במחקר מקביל, פיתחו אלירן חמו ועמיתתו לעבודה רעות ספורטה (גם היא מהמעבדה בראשות ד"ר בריאן רוזן) שיטה חדשה המבוססת על ייצור של זרזים נמוכי מימד המבוססים פלטינום בשיקוע אלקטרוכימי על גבי מצע של מוליבדנום קרביד, וזאת כדי להביא שיפור נוסף בביצועים והעמידות הקטליטית.

מחקר זה התקבל ופורסם בכתב העת ACS Applied Energy Materials

קישור למאמר

 

מקורות מימון למאמר

מצב העומסים המכניים ברקמות סביב פצע כרוני בזמן פעולת מכשיר לטיפול באמצעות לחץ שלילי.

מחקר

21.02.2021
מודל חישובי חדש יביא לשיפור ניכר באופן תכנון חבישות לטיפול בפצעים

מאמרו של פרופ' עמית גפן פורסם לאחרונה בכתב עת יוקרתי בנושא טיפול בלחץ שלילי בפצע באמצעות וואקום

  • מחקר
  • הנדסה ביו-רפואית

פרופ' עמית גפן, ראש המעבדה לביו-מכניקה של מערכת השלד והשרירים במחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב ומומחה עולמי במניעה וטיפול בפצעי לחץ, פרסם מאמר חדש בכתב העת  .Medical Engineering & Physics

 

פצעי לחץ

פצעי לחץ הינם אחת הבעיות החמורות ביותר איתן מתמודדות מערכות בריאות בעולם כולו, הן מבחינת סבל לחולים ולמשפחות והן מבחינת עלות הטיפול. הפצעים הללו הם גם גורם תמותה משמעותי ומובן שיש לעשות הכל כדי למנוע אותם. מחקריו של פרופ' גפן מתמקדים בהבנת אופן התפתחות פצעי לחץ וכן כיבים סוכרתיים בכל הרמות – מהאופן שבו מתים תאים בודדים בגוף ועד לנזק הנראה לעין. הבנות אלו מאפשרות למצוא דרכי מניעה וטיפול יעילות יותר כדי למנוע מוות וסבל של מיליונים רבים.

 

טיפול בלחץ שלילי

טיפול בפצעים באמצעות לחץ שלילי (וואקום) הוא פרקטיקה קלינית מקובלת לריפוי חתכים כתוצאה מניתוחים כירורגיים ופצעים כרוניים, הכוללת הפעלת לחץ שלילי באמצעות משאבה המחוברת לחבישת ספוג הממוקמת על גבי הפצע. עם זאת, ההשפעות הביומכניות של טיפול זה אינן מובנות עדיין ולכן פותח בקבוצת המחקר של פרופ' עמית גפן מודל חישובי מתקדם ביותר מסוגו לצורך סימולציות של עוצמת העומסים המכניים והתנאים הביומכניים המתפתחים ברקמות הפצע וסביבו.

 

המודל החישובי החדש מאפשר לחקור את השפעות גודל הלחץ השלילי ותכונות חבישת הספוג על התנאים הביומכניים השוררים ברקמות. המודל זיהה בהצלחה את הפרמטרים החשובים באמצעותם ניתן לשלוט על התנאים ברקמות סביב הפצע, שהם קריטיים לצורך ריפוי והחלמה.

 

המודל והתוצאות שהושגו באמצעותו דווחו לאחרונה בכתב-העת Medical Engineering & Physics. העבודה בוצעה במימון מענק מחקר STINTS של הקהילה האירופית בנושא בריאות ותפקוד העור ומענק משרד המדע והטכנולוגיה בנושא מכשירים רפואיים באינטראקציה עם העור שהוענקו לפרופ' עמית גפן - שהוא וקבוצת המחקר שלו מובילים עולמיים בנושאים הללו.   

 

 

נזקי עור כתוצאה משימוש בציוד מיגון אישי

מחקר

16.02.2021
נזקי עור כתוצאה משימוש בציוד מיגון אישי

עבודותו האחרונה של פרופ' עמית גפן פורסמה השבוע בכתב העת Journal of Wound Care בנושא COVID-19, מסכות פנים ונזקי עור 

  • מחקר
  • הנדסה ביו-רפואית

פרופ' עמית גפן מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת תל אביב המתמחה במניעה וטיפול בפצעי לחץ, חקר לאחרונה נזקים משמעותיים לעור כתוצאה משימוש בציוד מיגון אישי במיוחד מסכות פנים ומשקפי מגן – תועדו בקרב צוותים רפואיים המטפלים בחולי קורונה בכל העולם.

 

פצעים פתוחים בעור הפנים באנשי צוות רפואי מהווים פתח לזיהום על ידי חיידקים עמידים וכן וירוסים הנמצאים בסביבת בית החולים ובפרט, לחדירת נגיף הקורונה עצמו ישירות למחזור הדם. הפצעים הללו בעור הפנים הם למעשה סוג מסוים של פצעי לחץ הנגרמים כתוצאה משימוש במכשור וציוד רפואי, במקרה זה לא בחולים (כפי שהיה נפוץ עוד לפני מגפת הקורונה) אלא בצוות המטפל.

 

בקבוצתו של פרופ' עמית גפן במחלקה להנדסה ביו-רפואית שמומחיותו פצעי לחץ והגנה על הגוף מהפצעים הללו נחקר הנושא ופרסמו הנחיות מעשיות לצוותים רפואיים שמטרתן להפחית את הסיכון לפגיעה בעור כתוצאה משימוש בציוד מיגון אישי, למשל באמצעות הפחתת החיכוך על ידי סיכוך העור ושימוש בחבישות מגן.

 

מאמרו פורסם השבוע במגזין "Journal of Wound Care" והוא נגיש באופן חופשי מאתר המוציא לאור:

https://bit.ly/3c4hpjW

לכתבה ב MAKO

דוגמת ניסוי על עצם ירך עם משתל

מחקר

14.02.2021
תוכנה המסייעת בזיהוי מוקדם של שברים ומניעתם

פרופ' יוסיבאש מהפקולטה להנדסה בשיתוף חוקרים ורופאים פיתחו מערכת ממוחשבת מותאמת אישית החוזה את הסיכון לשבר בעצמות ירך בחולי סרטן ומובילה מהפכה אמיתית בעולם הרפואה

  • מחקר
  • הנדסה מכנית

במעבדה למכניקה חישובית וביומכניקה ניסויית בבית הספר להנדסה מכנית באוניברסיטת תל אביב מושם דגש על סינרגיה בין עולם התוכן ההנדסי ויישומים קליניים, לצד מחקרים אנליטיים ופיתוח תוכנה הנדסית. פרופ' זהר יוסיבאש ראש המעבדה ומשמש נשיא האיחוד הישראלי לשיטות חישוביות במכאניקה, נחשב כמומחה בינלאומי באנליזות וניסויים בעצמות ומכניקת השבר, ומקדם שיתוף פעולה עם רופאים ליישום הידע והמחקר במעבדה לשיפור הטיפול בחולים.

 

במעבדה של פרופ' יוסיבאש פותחה תוכנה שמנתחת סריקת סיטי של מטופל ויוצרת הדמיית מחשב של התגובה המכאנית של עצמות בגוף האדם (כאמור עצמות ירך, עצמות זרוע, חוליות עמוד שדרה ועצמות כף הרגל) תוך כדי הפעלה של כוחות פיסיולוגיים. תוצאות הסימולציות אומתו ע"י ניסויים בעצמות של תורמים. מחקרים אלו בוצעו ומבוצעים ע"י סטודנטים למחקר לקראת תארים מתקדמים: דר' ניר טרבלסי, דר' רומינה פליטמן, ודר' לעתיד לבוא יקותיאל כץ וגל דהן. היכולות שפותחו נועדו לסייע לדוגמה בתכנון משתלים כתוצאה משברים (איור 1 מתאר ניסוי והדמייה ממוחשבת של עצם עם משתל).

 

אחד מתחומי המחקר המובילים במעבדה שהגיעו ליישום קליני הוא חיזוי שברים בעצמות ירך עם גרורות סרטניות. מחקר פורץ דרך במימון משרד הבריאות שבוצע במעבדה לפני עשור נועד להעריך את הסיכון לשבר בעצמות עם גרורות. בהתבסס על הצלחת המחקר יושם שימוש באלגוריתמים של אינטליגנציה מלאכותית ושיטות חישוביות במכניקה, פותחה מערכת ממוחשבת מותאמת אישית למטופל המספקת לרופא את רמת הסיכון לשבר ועוזרת למנתח האורתופדי אונקולוגי לקבל החלטה אם נדרש ניתוח מניעתי בחולים אלו. המערכת שפותחה עם דר' ניר טרבלסי ממכללת סמי שמעון, עברה ניסויים קליניים רטרוספקטיביים ויכולות החיזוי אומתה בחולים באופן מאוד מוצלח בהובלתו של דר' אמיר שטרנהיים, ראש היחידה הלאומית לאורתופדית אונקולוגית בביה"ח איכילוב.

 

כיום המערכת הממוחשבת מסייעת לחיזוי שברים עתידיים ומניעתם על רקע גרורות בעצם ומותקנת בבית החולים איכילוב ביחידה הלאומית לאורתופדיה אונקולוגית. טכנולוגיה זו מאפשרת דיוק והתאמה אישית לחיזוי סיכון לשבר ומיקומו ומובילה מהפכה אמיתית בעולם הרפואה!. המערכת קיבלה אישור רגולטורי של האיגוד האירופי CE ואמ"ר ממשרד הבריאות ומהווה פריצת דרך בעידן הרפואה המותאמת אישית.

איור 2: פרופ' יוסיבאש מכין עצם ירך לניסוי

 

לינק לכתבה ב TheMarker: https://www.themarker.com/labels/orthopedics/1.9508059

נדב כהנוביץ' מדגים את המכשיר הלביש (צילום: יונתן בירנבאום)

מחקר

02.02.2021
הרובוט שפועל מתחושה פנימית

ד"ר אבישי סינטוב פיתח מכשיר לביש היודע לזהות תבניות שונות של תנועות שרירי האמה דרך תנועות אינטואיטיביות ולחזות כוונת משתמש בעת שיתוף פעולה אדם-רובוט

  • מחקר
  • הנדסה מכנית

שיתוף פעולה אפשרי בין אדם לרובוט מחייב הבנה אינטואיטיבית ומתמשכת של תנועה אנושית במשימות משותפות. 

 

רוב הפעולות האינטואיטיביות של בני אדם הן פעולות שאדם הורגל לבצען באופן מסוים מילדות וכך גם הוא יכול לחזות תנועה של בני אדם אחרים.

 

כאשר אדם מסייע לחברו, פעולות מסוימות יכולות להתבצע אינטואיטיבית ללא תקשורת ורבאלית למשל הגשת כוס קפה תגרום לאדם מולך להושיט באופן אינטואיטיבי את ידו ולתפוס את הכוס. בעצם המסייע מתבונן בידיו של חברו ויכול לחזות את כוונתו דרך זיהוי הכלים שהוא אוחז ומסלול תנועתו – ואז לבצע פעולות תומכות. מימוש עקרון זה ע"י רובוט הוא הבסיס לעבודת רובוטים עם בני-אדם.

 

פרסום מאמר

לאחרונה, התקבל בכתב העת IEEE Robotics & Automation Letters מאמרם של נדב כהנוביץ', סטודנט לתואר שני בהנדסה מכנית וד"ר אבישי סינטוב.

 

ד"ר סינטוב עומד בראש מעבדת הרובוטיקה ROB-TAU בבית הספר להנדסה מכנית של אוניברסיטת תל אביב, בה הוא וצוותו עוסקים בחיזוי כוונת אדם בעת שיתוף פעולה עם רובוטים.

 

במאמרם הראו החוקרים כי בעזרת מכשיר לביש פשוט וזול, ניתן לזהות תבניות שונות של תנועות שרירי האמה. המכשיר מכיל 15 חיישני כוח זולים אשר נצמדים לעור האמה וחשים את התכווצות השרירים בעת אחיזה של חפצים שונים וביצוע פעולות.

בעזרת אלגוריתמי למידת מכונה, זרוע רובוטית יכולה לקבל מידע על החפץ הנאחז בזמן אמת ובדיוק גבוה, ולחזות את כוונת המשתמש. האלגוריתם כולל רשת עצבית המאומנת לסווג את המידע מהמכשיר ותהליך איטרטיבי לשיפור דיוק החיזוי עם כניסת מידע חדש בזמן אמת.

החוקרים הראו שהאלגוריתם מאפשר חסינות (רובסטיות) למיקום והידוק המכשיר על האמה. חיזוי כוונת המשתמש מאפשר תכנון תנועה של הרובוט לסיוע יעיל ומהיר לאדם. גישה זאת מאפשרת עבודה אינטואיטיבית עם רובוט ללא שימוש בתקשורת ורבאלית וללא מצלמות.

רובוט מסייע למשתמש הלובש את המכשיר לאחר זיהוי החפץ ביד

בתמונה: רובוט מסייע למשתמש הלובש את המכשיר לאחר זיהוי החפץ ביד

 

ראייה לעתיד

טכנולוגיה זאת תוכל בעתיד לאפשר סיוע לבעלי מוגבלויות בפעולות יומיומיות – לדוגמא, זרוע רובוטית תומכת המעוגנת על כיסא גלגלים, עבודה לצד פועלים במפעל ואף סיוע לרופאים בהליכים רפואיים –  רובוט שיחליף אח/ות ויסייע למנתח.

 

המחקר מתבצע במימון הקרן הישראלית למדע (ISF).

הנחת תרחיף הוירוס על משטחים שונים

מחקר

17.01.2021
מחקרה של ד"ר אינס צוקר מהפקולטה להנדסה ומדעים מדויקים, מראה כי ניתן לנטרל

המחקר נעשה בשיתוף עם חוקרים נוספים מהאקדמיה ופורסם במגזין: ​"Environmental Chemistry letters"

  • מחקר
  • הנדסת סביבה
  • הנדסה מכנית

מגפת ה- COVID-19 השפיעה קשות על בריאות הציבור ברחבי העולם. נוצרה בהלה כלל עולמית ומדינות רבות, בהן ישראל, נקטו במדיניות של בידוד, ביטול טיסות, ריבוי בדיקות לאבחון חולים וחיטוי משטחים ע"י חומרי חיטוי שונים במטרה למנוע את התפשטות הנגיף.

עדויות להעברת SARS-CoV-2 באמצעות אירוסולים ומשטחים הדגישו את הצורך ביעול שיטות החיטוי הזמינות. אחת מדרכי ההתמודדות שנצפו עוד בתחילת ההתפרצות, הייתה ריסוס של חומרי חיטוי בסביבתם הקרובה של אנשים.

 

ד"ר אינס צוקר מבית הספר להנדסה מכנית ומבית הספר פורטר ללימודי סביבה ומנהל המעבדה ZuckerLab, ד"ר ינון יחזקאל, אינם ממתינים לירידה בתחלואה ולוקחים חלק במאבק במגפת הקורונה. בימים כתיקונם, השניים מפתחים חומרים ותהליכים לטיפול בסביבה. בין השאר, הם משתמשים באוזון לפירוק מזהמים במים. "אנו מפיקים אוזון מחמצן גזי בעזרת התפרקות חשמלית, ומגיעים לריכוזי אוזון גבוהים בגז, שבדרך-כלל משמשים אותנו לחמצון של כימיקלים במים – וכעת, גם לקטילה של יצורים חיים", מסבירה ד"ר צוקר.

 

האוזון בעיקר מוזכר בהקשר של שכבת ההגנה שהוא יוצר בסטרטוספירה (השכבה האמצעית באטמוספירת כדור הארץ), המגנה עלינו מפני קרינה אולטרה סגולה - UV - מסוכנת הנמצאת באור השמש. ככלל, אוזון נחשב כגז רעיל וכשנוצר בסמוך לפני הקרקע, הוא עלול להשפיע לרעה על הבריאות ולכן נחשב כמזהם אוויר. אולם, ניתן גם להשתמש ביכולות החמצון של האוזון להסרת מזהמים בסביבה באופן בטוח לשימוש בעזרת תכנון הנדסי יעיל. כעת, ד"ר אינס צוקר וצוות המעבדה שלה הוכיחו גם את הפוטנציאל של האוזון הגזי לחיטוי חללים מנגיף הקורונה במהירות וביעילות.

 

ד"ר צוקר חברה לד"ר משה דסאו מהפקולטה לרפואה בבר אילן ויחד עם ד"ר יעל לצטר ממכללת עזריאלי בירושלים, הצליחו להראות את הפוטנציאל של אוזון גזי לחיטוי חללים מנגיף הקורונה במהירות וביעילות. ממצאי המחקר הראשוני פורסמו היום בג'ורנל Environmental Chemistry letters.

היתרון של אוזון גזי אל מול המחטאים הנפוצים (כמו אלכוהול ודומיו), הוא היכולת לפעול לחיטוי כלל החפצים והאויר בחדר ולא רק על-פני משטחים גלויים. 

בתמונה מימין לשמאל: ד"ר יואל אלטר, ד"ר משה דסאו, ד"ר ינון יחזקאל, וד"ר אינס צוקר

 

בין השאר, החוקרים הצליחו למצוא מודל לוירוס שהוא בטוח לשימוש ואינו מדבק, שיכול לשמש להמשך עבודתם על קטילת הוירוס בעזרת אוזון. "הדרך לפיתוח מתקן נוח לחיטוי חללים בעזרת אוזון נסללה, וכעת אנו ממשיכים את עבודתינו כדי לבחון את התנאים האופטימליים לחיטוי משטחים ואירוסולים בעזרת אוזון", מסכמת ד"ר צוקר.

אולטרה סגול

מחקר

29.12.2020
קטילה של וירוס הקורונה בעזרת נורות של לדים בתחום האולטרה-סגול

מאמרה של פרופ' הדס ממן, ראשת התכנית להנדסת סביבה בשיתוף עם פרופ' יורם גרשמן ביוכימאי ממכללת אורנים, ד"ר מיכל מנדלבוים מנהלת המרכז הלאומי לשפעת ונגיפי נשימה בתל השומר ונחמיה פרידמן מתל השומר התקבל ופורסם ב - Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology

 

  • מחקר
  • הנדסת סביבה
  • הנדסה מכנית

עם העליה העולמית במגפת הקורונה (COVID-19) הנובעת מוירוס הקורונה עולה גם הצורך לפתח ולהדגים טכנולוגיות חיטוי חדשניות לצורך קטילה של נגיפים אלה.

 

איך נדבקים בוירוס? 

הוירוס שמהווה הגורם הסיבתי של המחלה COVID-19 (SARS-CoV-2) מדבק לא רק באמצעות טיפות נשימתיות (אירוסולים), אלא יכול להתפשט גם דרך משטחים מזוהמים מריריות האף, הפה והעיניים. יתר על כן, לאחרונה הוצע כי יתכן פיזור אווירני של SARS-CoV-2, אם כי טרם הובאו ראיות ברורות להעברה כזו. לאחרונה הודגמה גם יכולתו של הוירוס לשרוד באירוסולים במשך 3 שעות לפחות ועד 72 שעות על משטחי פלסטיק, דבר המצביע על סיכון לזיהום ארוך טווח.

 

פיתוח מהפכני לקטילת הוירוס

הקרנה באור אולטרה-סגול ultraviolet היא שיטה נפוצה לקטילה של מיקרואורגניזמים פתוגניים (גורמי מחלות), כולל וירוסים. קטילה על ידי אור אולטרה-סגול עלולה להתרחש באמצעות כמה מנגנונים, ביניהם פגיעה בחומצות גרעין, חלבונים או ייצור פנימי של רדיקלים של חמצן.

 

"במחקר שביצענו נמצא ששילובי UV-LED באורכי גל שונים משפרים את יעילות הקטילה ומונעים התאוששות של מחוללי מחלות במים על ידי הפעלת מספר רב של מנגנוני נזק. שיטת חיטוי זו נמצאה יעילה עבור נגיפים וחיידקים רבים כגון: אדנווירוס, פוליו-וירוס, איקולי כולל SARS-COV-1" מסבירה פרופ' ממן. 

 

מנורות ה- UV הסטנדרטיות מכילות כספית, ולכן מנסים לחפש אלטרנטיבות. נורות לדים (דיודות פולטות אור אוlight emitting diodes), מהוות מקור אור חדש עם יתרונות רבים.

בשל גודלן הקטן, זמן תפעול מידי ודרישת מתח נמוכה נורות הלד מאפשרות  הפעלה באמצעות סוללה או פאנל סולארי. עם זאת לנורות אלה שטף פוטונים נמוך וככל שיורדים באורך הגל  מחיר הנורות עולה. מגבלות אלה הופכות את השימוש בנורות באורכי גל גבוהים יותר אטרקטיביות יותר. עד כה אף מחקר לא בדק את יעילות נורות לדים באורכי גל שונים על קטילה של נגיפי קורונה אנושיים. קבוצת המחקר השתמשה בווירוס הקורונה האנושי  (HCoV-OC43)לבחירת האורך גל האפקטיבי ביותר.

 

ממצאי המחקר והמשך פיתוח

קבוצת המחקר מצאה כי לאורך גל של 280 ננומטר יעילות קטילה יחסית דומה ל- 260 ננומטר, כאשר מנת קרינה של 10 mJ/cm2 מושגת בפחות מחצי דקה ומתקבל מעל 99.9 אחוז קטילה. התוצאות הללו משמעותיות כי העלות של לדים ב- 280 ננומטר נמוכה בהרבה משל כאלו באורכי גל נמוכים יותר, והן יותר זמינות בשוק, ולכן מתאפשר שילוב של נורות כאלה לצורך חיטוי מים, משטחים, שילוב עם מזגנים לחיטוי אוויר וכד'. בנוסף, החוקרים יתחילו בקרוב מחקר עם פרופ' קלארק מאוניברסיטת נורת ווסטרן בארה"ב לפיתוח של משטחי מגע high touch screen עם קטליסט שקוף משופעל בנורות לדים בתחום האור הנראה לקבלת משטחים עם יכולת חיטוי עצמי.

התמונה מראה את היעילות של נורות לדים לחיטוי וירוס הקורונה האנושי

התמונה מראה את היעילות של נורות לדים לחיטוי וירוס הקורונה האנושי

 

צוות החוקרים מאחורי הפיתוח

המחקר בוצע במשותף עם פרופ' יורם גרשמן ביוכימאי ממכללת אורנים, ד"ר מיכל מנדלבוים מנהלת המרכז הלאומי לשפעת ונגיפי נשימה בתל השומר, נחמיה פרידמן מתל השומר, ופרופ' הדס ממן, ראשת התוכנית להנדסת סביבה בבית הספר להנדסה מכנית, אוניברסיטת תל אביב. המאמר התקבל ב Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology.

תרשים של הפעולה

מחקר

02.12.2020
מטא-חומרים טופולוגים מכנים פורצים את מגבלות החוק השלישי של ניוטון

המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי:
​"Physical Review Letters"

  • מחקר
  • הנדסה מכנית

 

מאמרם של ד"ר לאה ביילקין-סירוטה ופרופ' יאיר שוקף מבית הספר להנדסה מכנית בשיתוף עם ד"ר רוני אילן וד"ר יואב לחיני מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה פורסם בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters

​שינוי נקודת מבט יכול לחולל פלאים. זה נכון במיוחד כאשר מדובר בהבנת תכונות של חומרים באמצעות טופולוגיה, "רעיונות המחוללים מהפכה בפיזיקה של חומר מעובה", לדבריה של ד"ר רוני אילן מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב. טופולגיה והשפעתה על תכונות פיזיקליות של חומר הוא תחום מחקר, אשר צבר תאוצה בפיזיקה של חומר מעובה. לאחרונה רעיונות אלו התפשטו לתחומים נוספים, כולל אופטיקה ופוטוניקה, כמו גם אקוסטיקה ומערכות מכניות אחרות, בהן קיימות עוד מורכבויות.

 

גלים במערכות מכניות יכולים לספק תובנות לגבי הפעולה של מערכות קוונטיות, כולל תופעות טופולוגיות. אולם, בנסיון לממש חלק מתופעות אלו חוקרים נתקלו במחסום בדמות החוק השלישי של ניוטון, אשר קובע שכל פעולה חייבת לגרור תגובה נגדית שווה בגודלה ומנוגדת בכיוונה. קיימות תופעות קוונטיות שיישום שלהן באנלוגיה מכנית דורש שבירה של ההופכיות הזו. כעת, חוקרים מאוניברסיטת תל אביב מצאו דרך ליישם התנהגות לא ניוטונית במערכות מכניות, ובכך לפתח אנלוג מכני לתופעות טופולוגיות קוונטיות מורכבות. הישג זה עשוי לספק תובנות חדשניות גם לגבי מערכות מכניות וגם לגבי מערכות קוונטיות, אשר הטופולוגיה מכתיבה את התנהגותן.

 

צוות החוקרים שילב מומחיות ממספר תחומים שונים – המומחיות של ד"ר רוני אילן בתיאוריה של מצב מוצק, של פרופ' יאיר שוקף – מבית הספר להנדסה מכנית - בחומר מעובה רך, של ד"ר יואב לחיני - מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה - בפוטוניקה טופולוגית ומערכות מורכבות, ולבסוף, החוליה החסרה שאיחדה הכל, הרקע של ד"ר לאה ביילקין-סירוטה - מבית הספר להנדסה מכנית - בתורת הבקרה. "איכשהו כולנו התכנסנו כשלאה הגיעה, והתחלנו לדבר על הדברים האלה", אומר לחיני.

 

שבירת סימטריות

הקשיים המופיעים כשמנסים לתכנן אנלוגיות מכניות למערכות קוונטיות קשורים לשבירת סימטריה. במערכות ששוברות סימטריה מרחבית, הדבר יכול לבוא לידי ביטוי בכך שכוחות האינטראקציה בין רכיבי המערכת הם שונים עבור כיוונים שונים, בדומה למה שקורה למשל באפקט הול הקוונטי. יישום תופעות כאלה במערכות מכניות הוא די טבעי, מכיוון שכדי לשבור סימטריה מרחבית אפשר פשוט לשחק עם הגיאומטריה. אבל שבירת סימטריה בזמן, הדרושה למימוש תופעות טופולוגיות מסוימות, מתבררת כסיפור הרבה יותר מורכב.

 

ברמה המיקרוסקופית, מכניקה היא הפיכה בזמן - אם נצלם שני חלקיקים שנעים זה לקראת זה ומתנגשים, ואז נריץ את הסרט אחורה, עדיין נקבל התנהגות שנראית הגיונית מבחינה פיזיקלית של שני חלקיקים שנעים זה לקראת זה ומתנגשים. אולם, התופעות הקוונטיות שמופיעות למשל כתוצאה מאינטראקציה עם שדה מגנטי, שוברות את הסימטריה הזו. עכשיו, אם נריץ את הסרט אחורה, נקבל משהו שמתאר דינמיקה אשר אינה סימטרית להיפוך בזמן. תרגום של תופעות כאלה למערכת מכנית דורש חוסר הופכיות, שמשמעה שכבר אין תגובה שווה לכל פעולה, וזה משהו שמערכות מכניות פשוט לא עושות באופן טבעי.

 

"אנשים עקפו את המחסום הזה בדרכים מורכבות, כמו למשל על ידי ייצור זרימות סיבוביות, שילוב סביבונים מסתובבים, או מורכבויות אחרות שבסופו של דבר מדמות ספינים במערכות קוונטיות", מסביר שוקף. הבעיה היא שהוספת סביבונים או כל דבר מסתובב אחר למשהו שאין בו סיבוב במערכת הקוונטית מוסיפה דרגות חופש שלא קיימות במערכת אותה אנו רוצים לדמות. כך שלמרות שמבחינות מסוימות המערכת מגיבה כמו המערכת הקוונטית הלא הופכית, קשה להימנע מתופעות לוואי לא רצויות הנובעות מדרגות החופש הנוספות האלה. כאן, למומחיות של ד"ר ביילקין-סירוטה בתורת הבקרה היתה יתרון עצום.

 

אינטראקציות וירטואליות

כפי שד"ר ביילקין-סירוטה מסבירה, תורת הבקרה הוא תחום בהנדסה מכנית, שמשתמש בכלים מתמטים בשביל לתכנן אלגוריתמים שייצרו התנהגות דינמית של מערכות בתגובה לעירור חיצוני. תורת הבקרה מאפשרת לממש התערבויות שקיימות לדוגמא במכוניות חכמות או אוטונומיות. באופן מסורתי כאשר מכוניות מתנגשות, הפגושים של המכוניות סופגים את המכה באופן סימטרי, אולם במכונית חכמה, מצלמה אומדת את המרחק למכונית שלפנינו ומתערבת על ידי הפעלת הבלמים כשאנחנו קרובים מדי. כמו שפרופ' שוקף מסביר, זו כבר דוגמא לאינטראקציה לא הדדית בגלל שאין כאן תגובה שווה והפוכה של המכונית שלפנינו, כפי שהיה קורה אילו הפגוש היה עוצר אותנו. החוקרים הצליחו ליישם עקרונות דומים מתורת הבקרה כדי לתכנן מטא-חומר מכני אקטיבי עם אינטראקציות לא הדדיות בין רכיביו.

 

כדי לממש עקרונות אלו, ד"ר ביילקין-סירוטה וצוות המחקר תכננו מטא-חומר מכני המורכב ממערך מחזורי של משקולות מחוברות הנעות רק למעלה ולמטה, כך שיש רק דרגת חופש אחת לכל משקולת. אולם, במקום שהדינמיקה של המערכת תיקבע על ידי חוקי התנועה של ניוטון, היא נקבעת על ידי בקר הממוקם מעל לכל משקולת. הבקר מודד את המיקום של המשקולות השכנות, מחשב כיצד המשקולת הזו היתה מגיבה אילו היתה ביניהן אינטראקצייה לא הדדית, ואז מפעיל את המשוב החוזר הדרוש בשביל לייצר את התגובה הזו באופן מכני. "החלפנו את האינטראקציות הטבעיות של קפיצים בין המשקולות עם אינטראקציות וירטואליות אם תרצו", אומר ד"ר לחיני, ״ובכך יצרנו תווך אקטיבי לא רגיל המשפיע על גלים מכנים במערכת".

 

סימולציות שהחוקרים ביצעו של מטא-חומר עם בקרה אקטיבית הראו שניתן לדמות באמצעותו את מודל הלדיין, שמתאר את אפקט הול הקוונטי בהיעדר שדה מגנטי, מודל שהיה בלתי אפשרי לממש באמצעות רכיבים מכנים פסיבים. בנוסף, הדבר נעשה "ללא חלקים מסתובבים" כמו שד"ר ביילקין-סירוטה מדגישה, ומוסיפה: "ניתן לממש ככה תופעות טופולוגיות שונות על אותה הפלטפורמה". ואכן, החוקרים הצליחו לממש כמה מודלים קוונטיים שונים עם אתה חומרה, רק באמצעות שינוי של אלגוריתם הבקרה.

בתמונה: תרשים של הפעולה

 

אמנם היו כבר הצלחות במימוש מטא-חומרים אקטיבים במימד אחד, אבל העבודה הנוכחית פורצת דרך במימוש של מטא-חומרים דו-ממדיים עם בקרה אקטיבית. כעת ד"ר ביילקין-סירוטה עובדת על מימוש של מטא-חומר כזה באמצעות גלים אקוסטים, אשר קל יותר לשלוט עליהם, והם עשויים לספק תובנות אינטואיטיביות לגבי מכניקת הקוונטים. במקרה זה, גל קול נע בתווך שבין שני לוחות מקבילים, עליהם ממוקמים מיקרופונים, בקרים ורמקולים, אשר יחד מייצרים אינטראקציות לא הדדיות. למערכת יכולות יישומיות, כמו בידוד אקוסטי או הסתרה אקוסטית. אבל החוקרים מקווים כי האנלוגיה המכנית שלהם תתרום להבנה של מצבים טופולוגיים באופן כללי. "אם דברים מתמפים בדיוק אחד לאחר, זה לא מעניין", אומר פרופ' שוקף. "ברגע שהמיפוי לא מושלם, תופעות חדשות ומענינות מופיעות". ד"ר לחיני מוסיף כי "המערכת המכנית יכולה לשלב באופן נשלט רכיבים רבים שקשה או בלתי אפשרי להשיג אותם במצב מוצק – אינטראקציות, אי-לניאריות, פוטנציאלים דינמים, תנאי שפה שונים, ועוד. מערכות כאלו יאפשרו לנו ללמוד איך טופולוגיה מיתרגמת למצבים חדשים, ולהעמיק את ההבנה של תופעות טופולוגיות".

 

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

ד"ר אינס צוקר והמסטרנט כפיר שפירא

מחקר

01.11.2020
טיפול מבוסס ננו להסרת מזהמים במים

מאמרה של ד"ר אינס צוקר פורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי ACS Applied Materials and Interfaces

 

  • מחקר
  • הנדסה מכנית
  • טיפול במים

ד"ר אינס צוקר פרסמה לאחרונה מחקר פורץ דרך בנושא טיפול מבוסס ננו להסרת מזהמים במים בכתב העת היוקרתי ACS Applied Materials and Interfaces.

 

ד"ר צוקר החלה את מחקרה על שימושים וסיכונים של חומרים ננומטרים דו-מימדיים בהיבט סביבתי במסגרת פוסט הדוקטרט שלה באוניברסיטת ייל. כחוקרת חדשה בבית הספר להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה של אוניברסיטת תל אביב, היא מובילה את המעבדה לננוטכנולוגיה סביבתית שבראשותה בפיתוח חומרים מתקדמים לטיפול במים ובחינת הסיכונים הסביבתים הכרוכים בכך הן בשלב ביצור והן לאחר שימוש בהם. 

 

הסרת זיהומי כספית ממים

במחקר הנוכחי, צוקר פיתחה שיטות לגידול מוליבדינום גופרתי (MoS2, molybdenum disulfide) על-גבי מצע של סיבי פחמן, ובחנה את יכולת החומר המרוכב להסיר זיהומי כספית ממים. זיהומי כספית (בעיקר ממקורות תעשייתים) מסוכנים לבריאות האדם והאקוססטמה ויש עניין רב בהסרה סלקטיבית ויעילה שלהם. שיטות הגידול שנבחנו אפשרו קבלת ציפויי MoS2 בצורות, מבנים ועומסים שונים על-גבי הסיבים. לאחר בחירה בשיטה שמאפשרת הסרה מהירה ובטוחה של כספית, הציפויים גם עברו מודיפיקציות כדי למקסם את היכולות ספיחת הכספית על-ידי השתלת 'הפרעות' בזמן גידול שכבת ה MoS2. החומר שפותח יכול לשמש להסרת מזהמים ממים במתקני טיפול בסקאלה נרחבת, משום שהוא בטוח ונוח לשימוש בתצורה המעוגנת שלו על גבי מצע סיבי או אחר. ד"ר צוקר הנחתה את הדוקטורנטית קמרין פאזי באוניברסיטת ייל במחקר זה, והשתיים המשיכו את עבודתן בשלט רחוק לאחר חזרתה של צוקר לישראל.

 

ד"ר צוקר זכתה לאחרונה במימון המשך המחקר במסגרת "ניצוץ קלינטק" של משרד המדע והטכנולוגיה, ויחד עם המסטרנט כפיר שפירא מפתחת כיום מתקן טיפול מולטיפונקציונלי להסרת מזהמים אורגנים ואנאורגנים ממים על בסיס שכבות מוליבדינום דיסולפיד.

 

לינק למאמר 

לינק לכתבה ב Ynet

לינק לציוץ בנושא המאמר

 

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות, נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>
אוניברסיטת תל-אביב, ת.ד. 39040, תל-אביב 6997801
UI/UX Basch_Interactive