מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
מוזיאון הטבע
אמנויות
מוח
הנדסה וטכנולוגיה
חברה
מדעים מדויקים
ניהול ומשפט
סביבה וטבע
רוח
רפואה ומדעי החיים

מחקר

06.09.2022
בדיקת דם פשוטה לגילוי סרטן במקום בדיקות פולשניות

המעבדה של פרופ' יובל אבנשטיין הוכרזה כאחת המתקדמות באירופה במחקר ובפיתוח של פתרונות טכנולוגיים למחלת הסרטן

  • מדעים מדויקים
  • רפואה ומדעי החיים

כשאביו של פרופ' יובל אבנשטיין מבית הספר לכימיה אובחן כחולה מיאלומה (סוג של סרטן הדם), יובל בדק וראה שרוב שיטות האבחון והמעקב הקיימות מבוססות על ביופסיות מח העצם והדמיות רדיולוגיות, שהן פרוצדורות יקרות, לא נעימות ובעלות סיכון למטופלים. הוא התחיל לדבר עם רופאים המטולוגים ולקרוא ספרות מקצועית בתחום, וראה, לשמחתו, שהמחקר שהוא מבצע במעבדה שלו יכול לקדם את התחום הזה באופן משמעותי.

 

ההיכרות שלו עם פרופ' עירית אביבי מאיכילוב, הדגישה אפילו יותר עד כמה גדול הפער בין המצוי ורצוי בתחום הזה. "פרופ' אביבי חיברה אותי עם ד״ר מירי נאמן, המטולוגית מומחית, שהצטרפה למעבדת המחקר שלי כדי לפתח את הכיוון הקליני של הפרויקט," מספר יובל.

 

במעבדה שלו מפתחים כבר במשך עשור מגוון שיטות המאפשרות לחבר מולקולות פולטות אור לשינויים כימיים בדנ"א. השינויים האלה הוכחו כבעלי יכולת ניבוי מעולה למחלות שונות, ובמיוחד לסוגי סרטן שונים, בשלבים מוקדמים של המחלה. על בסיס הטכנולוגיה הזו הקים אבנשטיין את חברת JaxBio, שהחלה לפעול בארץ בתחילת 2022, בהשקעה של מיליוני דולרים.

 

המעבדה מתמחה בתחומים רבים של הדמיה אופטית וספקטרוסקופיה עם דגש על איתור מולקולה בודדת ופיתוח טכניקות מבוססות הדמיה. "אנחנו מפתחים מתודולוגיות חדשות של ספקטרוסקופיה ומיקרוסקופיה המשלבות אופטיקה מתקדמת עם כלים וריאגנטים מתחום הננו-טכנולוגיה. בנוסף, יש לנו עניין רב בפיתוח ביוכימיה ייחודית לניתוח גנומי המבוססות על תגובות כימו-אנזימות," מסביר יובל.

 

מיפוי אופטי של מולקולה בודדת

המחקר במעבדה מתמקד בשלושה תחומים. הראשון, גנומיקת מולקולה בודדת על ידי מיפוי אופטי. מדובר ביצירת ברקודים אופטיים המכילים מידע גנטי ואפיגנטי על ידי תיוג מולקולות DNA כרומוזומליות ארוכות עם סמנים פלואורסצנטיים. תעלות ננו-נוזליות משמשות למתיחת ה-DNA על ידי זרימה או שדה חשמלי, והברקוד מוצג ישירות על ידי הדמיה של מולקולה אחת. "אנו שואפים ליישם טכניקות של רזולוציית-על (super-resolution), על מנת לאפשר זיהוי של סטיות גנומיות," אומר יובל.

 

התחום השני הוא טכנולוגיות ניתוח אפיגנטי. אפיגנטיקה היא אחד התחומים המרגשים והצומחים במהירות בביולוגיה. הוא קושר חתימות ביולוגיות עם תנאים נפשיים או סביבתיים. במעבדה מפתחים שיטות חדשות לריצוף, ניתוח ממוקד וגלובלי של סמנים אפיגנטיים שונים. בשיטות החדשות הללו הם משתמשים על מנת לחקור שינויים אפיגנטיים הקשורים למחלה.

 

התחום השלישי הוא זיהוי מולקולה בודדת בתפוקה גבוהה, כלומר פיתוח שיטות אופטיות וננו-ביו-חיישנים לזיהוי אנליטים נדירים וביומולקולות בעלות אינטראקציה חלשה. הדגש של החוקרים הוא על איתור רגיש וכימות של סמנים ביולוגיים קליניים. כדי להשיג את המטרה, הם מפתחים מערך אופטי המבוסס על מיקרו-עדשות שיכול לזהות פלואורסצנטיות של מולקולה בודדת. כמו כן, הם מפתחים סכימות לספירת מולקולות בודדות ופיתוח טכניקות הדמייה ברזולוציה גבוהה, וחומרי ניגוד מיוחדים המנצלים פלואורסצנטיות והעברת אנרגיה לצורך הדמיה ברזולוציית-על (SR).

 

פרופ' יובל אבנשטיין: לרתום את האפיגנטיקה לגילוי מוקדם של סרטן

 

גילוי מוקדם ונגיש לכל

פרופ' יובל אבנשטיין הוא אחד משלושה חוקרים שזכו לאחרונה במענק מטעם "משימת הסרטן" של התוכנית האירופית החדשה ("הורייזן יורופ"), שמטרתה מחקר ופיתוח בתחום ההתמודדות עם מחלת הסרטן. "הורייזן יורופ" היא התוכנית החדשה והגדולה אי פעם של האיחוד האירופי למימון מחקר וחדשנות.

 

"אנחנו מנסים לאפשר לגלות מגוון של סוגי סרטן בבדיקת דם נגישה. בדיקות הדם שלנו יוכלו לסייע בבחירת טיפול או מעקב המותאמים באופן מלא לחולה".

 

ב"משימת הסרטן", מדינת ישראל זכתה במקום הראשון מבין כל מדינות אירופה, עם תקציב של 15 מיליון אירו, שחולק בין החוקרים הזוכים, מה שמעמיד אותה כמדינה המתקדמת באירופה במחקר ובפיתוח של פתרונות טכנולוגיים למחלת הסרטן.

 

"היום כבר ברור שגילוי מוקדם של מחלות מציל חיים. סרטנים רבים ניתנים היום לטיפול אם מגלים אותם בזמן," אומר יובל, "הבעיה העיקרית היא שהסרטן מתגלה בדרך כלל לאחר הופעת תסמינים, מפני שאין שיטות סקר יעילות מספיק."

 

"אנחנו מנסים לאפשר לגלות מגוון של סוגי סרטן בבדיקת דם נגישה, שתוכל להתבצע פעם בשנה או שנתיים ותאפשר גילוי מוקדם. בנוסף, הרפואה כולה הופכת להיות מותאמת אישית. בדיקות הדם שלנו יוכלו לסייע בבחירת טיפול או מעקב המותאמים באופן מלא לחולה".

 

"בפיתוח שלנו יש פתרון טכנולוגי ייחודי שאינו מחייב ריצוף של הדנ"א, כפי שנדרש כרגע בפיתוחים קיימים אחרים, ולכן זה מוזיל את עלות הבדיקה פי 50. זה הופך את הבדיקה שלנו ממוצר לבעלי יכולת בלבד למוצר שהוא בהישג ידו של כל אדם, ואנו מקווים שישתלב כבדיקת מעקב שגרתית. יש לנו תוצאות ראשוניות מדהימות, ונראה שזה שכנע את מיטב המדענים באירופה לתת אמון בטכנולוגיה שלנו", אומר אבנשטיין.

 

מחקר

21.07.2022
בין הקימוטים: הזיכרון המכאני של יריעות דקות

החוקרים שפיצחו את הפיזיקה המרתקת של יריעות מקומטות

  • מדעים מדויקים

כל אחד מאיתנו מקמט אינספור ניירות במהלך חייו. אנחנו משליכים את הנייר מעבר לעורף, היישר אל סל האשפה הקרוב במקרה הרע, ובמקרה הטוב אל סל מיחזור הנייר, ושוכחים ממנו. אבל מסתבר שיש מי שמוצאים ביריעה המקומטת הזו עולם ומלואו.

 

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב ומהטכניון הצליחו לראשונה למפות את הקשר בין רשת הקשרים הסבוכה שנוצרת ביריעה דקה לאחר קימוטים חוזרים ונשנים שלה לבין התכונות המכאניות המפתיעות שלה, ובראשן היכולת של המערכת לקודד ולאכסן זיכרונות מכאניים. החוקרים אומרים כי חשיבות המחקר איננה רק בפיצוח המערכת עצמה אלא גם בתובנות שהיא מספקת על משפחה רחבה של מערכות פיזיקליות מורכבות בתחום החומר המעובה. המחקר התבצע בהובלת הדוקטורנט דור שוחט וד"ר יואב לחיני מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב. את נושא המידול והסימולציות במחקר הוביל ד"ר דניאל הקסנר מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון, והוא פורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי PNAS.

 

החוקרים גילו כיצד רשת הקיפולים והקמטים שנוצרת בעת קימוט של יריעות דקות על ידי מאמץ חיצוני, מביאה לשינוי דרסטי בתכונותיה המכאניות של היריעה. תהליך יצירת הרשת כשלעצמו מאפשר קידוד של המאמצים שהופעלו על הנייר עד אותו הרגע, כמעין "זיכרון" פיזיקלי של המערכת. אך באופן מפתיע, לאחר הקימוט מסוגלת היריעה לאחסן זיכרונות מכאניים נוספים, מבלי ליצור קפלים או קמטים חדשים.

 

לקרוא את זיכרון החומר

ד"ר לחיני מסביר: "כשאנחנו מאחסנים מידע בדיסק הקשיח של המחשב שלנו, אנחנו ממירים אותו לצופן שמורכב מהספרות אפס ואחת בלבד. פיזית, כל ספרה כזו מקודדת ברכיב מגנטי עם שני מצבים יציבים שנקרא "ביט", כשכיוון השדה המגנטי שלו (למעלה או למטה) מקודד את ערך הספרה (אפס או אחת). מעבר בין שני המצבים, לטובת קידוד או קריאה של הזיכרון, מתאפשר על ידי תופעת שנקראת לולאת חשל, או היסטרזיס. מה שזיהינו ביריעות המקומטות הוא תופעה דומה, אבל בעלת אופי מכאני. מסתבר שכאשר מקמטים את היריעה נוצר בה מערך סבוך של קימוטים,  כאשר כל אחד מהם מתפקד כלולאת חשל קטנה עם שני מצבים יציבים – מעין ״ביט״ מכאני. שני המצבים נבדלים בגיאומטריה שלהם, כאשר הקמט יכול לבלוט פנימה או החוצה מהיריעה. לרכיב אחד כזה אנו קוראים היסטרון, והוא המרכיב הבסיסי של תגובת הזיכרון של החומר כולו. אוסף ההיסטרונים שממנו בנויה היריעה כולה יכול לקודד ולשמור זיכרונות מגוונים של אירועים מכאניים שונים שחוותה היריעה. כך, על ידי תכנון מניפולציות מכאניות שונות, אפשר לשמור ולקרוא זיכרון מתוך המערכת.”

 

הדוקטורנט דור שוחט מוסיף כי "האינטראקציה שקיימת בין ההיסטרונים הללו ממלאת תפקיד חשוב בתכונות המכניות הכלליות של היריעה. כל אחד מהם וכולם יחד 'מקודדים' את התהליכים שהנייר עובר, כך שעקרונית, באמצעות מיפוי וניתוח הקימוטים ביריעה ניתן לשחזר את הפעולות שהתבצעו עליו בדיעבד ו'לקרוא' את הזיכרון. עוד מסתבר שבגלל האינטרקציות החזקות, נוצר מצב שנקרא בעגה המקצועית ״תסכול גיאומטרי״. במצב זה, בגלל המבנה הלא סדור של הקימוטים, ההיסטרונים מפריעים אחד לשני והיריעה המקומטת מתקשה להגיע למצב אנרגטי נמוך, מה שמשכלל עוד יותר את התגובה המכאנית שלה.  בכך יש דמיון למערכת מגנטית מרתקת שנקראת זכוכית ספין (spin-glass), ולמערכות לא מסודרות אחרות".

 

זו לא הכמות, זה הקימוט

בשנים האחרונות התרחב עד מאוד חקר המערכות הפיזיקליות המורכבות (Complex Systems), אשר דורשות שימוש במודלים תאורטיים יצירתיים וחדשניים שלוקחים בחשבון מספר גדול של דרגות חופש הכרוכות זו בזו – ולא תמיד ניתן לתאר את הדינמיקה ביניהם באמצעות פתרון אנליטי המבוסס על תכונות דרגת החופש הבודדת. השלם, במקרה זה, עולה על סך חלקיו.  

 

ברוח זו, הדוקטורנט דור שוחט מוסיף: "כיוון שאין פתרון פשוט למערכות מורכבות שכאלה, כדי להבין אותן לעומק יש להבין את הקשר בין התנהגות דרגת חופש בודדת לבין התנהגות המערכת כולה. המחקר על יריעות מקומטות מאפשר ליצור חיבורים כאלה, בזכות המימדים האופייניים הגדולים שלהן. די להחזיק נייר מקומט ביד ולצפות במכאניקה שלו, בכדי לקבל אינטואיציה פיזיקלית. דוגמא פשוטה היא זיכרון הצורה שיש ליריעה המקומטת – אם נכופף אותה מסביב לחפץ מסוים היא תקבל את צורתו מבלי שיווצרו קמטים חדשים – הודות להיסטרונים שמרכיבים אותה שמעניקים לה יכולת לקבל מספר גדול של צורות יציבות". החוקרים מסכמים כי המסקנות החדשות חורגות ממערכת הניסוי הספציפית, והן שופכות אור על היווצרות זיכרון פיזיקלי במערכות מורכבות נוספות, בהן הגישה לדרגות החופש הבודדות קשה יותר.

מימין: פרופ' לב שמר, פרופ' עדי אריה וגאורגי גרי רוזנמן

מחקר

21.07.2022
הגל הנושם שהוכיח תיאוריה מדעית

חוקרים הצליחו להוכיח תופעה תיאורטית ולמדוד חבילות גלים מחזוריות

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • מדעים מדויקים

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב הצליח למדוד בפעם הראשונה היעדר אפקט טלבוט במרחקי שברים של מרחק טלבוט, תופעה שנחזתה עד היום רק באופן תאורטי. מדובר בתופעה שעל פיה כאשר גל אור בעל צבע יחיד עובר דרך מבנה מחזורי, מתקבלת לאחריו שוב ושוב תבנית אור מחזורית, במרחקים קבועים הנקראים מרחקי טלבוט xT. תופעת גלים זו אינה מוגבלת רק לגלי אור ונחקרה עבור סוגים רבים ושונים של גלים, כולל גלי חומר וגלי קול. החוקרים הראו כי ניתן להסביר את שבירת הסימטריה על ידי משוואת גלים מדויקת יותר הנקראת משוואת דיסט׳ה (Dysthe).

 

לעורר חבילות גלים מחזוריות

התגלית המדעית התאפשרה במסגרת מחקר שבחן את דינמיקת ההתפשטות של חבילות גלים מחזורית בגלי כבידה משטחיים על פני מים, על ידי מדידת ההתפתחות שלהם לאורך בריכת גלי מים באורך 5 מטרים. צוות החוקרים כלל את גאורגי גרי רוזנמן, מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, פרופ׳ וולפגנג שלייך מאוניברסיטת אולם, פרופ׳ עדי אריה מבית הספר להנדסת חשמל ומופקד הקתדרה לננו-פוטוניקה ע"ש מרקו ולוסי שאול, ופרופ׳ לב שמר מבית הספר להנדסה מכנית. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתיPhysics Review Letters .

 

דינמיקת ההתפשטות של חבילות גלים מחזוריות נחקרה גם בתחום הלא-ליניארי באופן תאורטי. המדען ניל אחמדייב מצא פתרון אנליטי שנקרא "Akhmediev breather" שמשמעותו "גל נושם", היות והצורה שלו חוזרת על עצמה באופן מחזורי. עם זאת, יש הבדל חשוב לעומת המקרה הליניארי, והוא שמקבלים בצורה מחזורית רק את המבנה המקורי, ואילו המבנים במחזוריות הקצרה יותר לא מופיעים.

 

בניסוי שבוצע, צוות החוקרים עורר חבילות גלים מחזוריות של גלי כבידה משטחיים. לשם כך נבחר הגל הנושם של אחמדייב (Achmediev breather). כאשר הגלים המעוררים הם בעלי משרעת גדולה, הדינמיקה הלא ליניארית של גלי הכבידה המשטחיים הופכת להיות משמעותית וגורמת להיעלמות התבניות המחזוריות בעלת המחזורים הקצרים, למשל במחצית מרחק טלבוט.

 

בריכת הגלים באוניברסיטת תל אביב בה התבצע הניסוי

 

בנוסף, גילו החוקרים במסגרת המחקר כי כאשר אי-הלינאריות גבוהה יותר, המדידות חורגות מהפתרון האנליטי של אחמדייב, וניתן לראות  שבירה א-סימטרית של פונקציית הגל. שבירה זו גורמת למעטפת הגלים להאיץ במעט ולהאיט לאחר מכן חזרה למהירות החבורה. שבירת סימטריה זו נגרמת בגלל אי לניאריות מסדר גבוה, אשר אינה נלקחת בחשבון במשוואת הגלים הפשוטה - משוואת שרדינגר הלא לינארית.

 

שטיחי טאלבוט במערכת של גלי כבידה משטחיים. (1) שטיח טאלבוט ״לינארי״ (2) שטיח טאלבוט ״לא לינארי״ (3) סקיצה של מערכת ניסוי בה נמדדו התופעות

מחקר

13.07.2022
האם המוסיקה תציל אותנו ממחלות הזיקנה?

מבדקים מוסיקליים יכולים לאתר הדרדרות שכלית בגיל המבוגר

  • אמנויות
  • מוח
  • חברה
  • מדעים מדויקים

הטכנולוגיות שהמצאנו מעלות עוד ועוד  את תוחלת חיינו. ביחס ישר, גדלה גם האוכלוסייה בכלל והאוכלוסייה המבוגרת בפרט, וכדי לדאוג לאיכות חייה יש צורך בכלים לאבחון זמין ומהיר של תופעות ומחלות זקנה שונות.

 

בדיקות מניעתיות מסוג זה מקובלות מאוד עבור מגוון בעיות פיזיולוגיות כמו סוכרת, יתר לחץ דם, או סרטן השד, אך עד היום לא פותחה שיטה שתאפשר ניטור שגרתי ונגיש של המוח ובעיות קוגניטיביות. חוקרות וחוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו שיטה לאיתור ירידה קוגניטיבית בגיל המבוגר, באמצעות מבחנים מוסיקליים שמודדים פעילות מוחית בכלי נייד. לדבריהם, השיטה, שעיקרה מדידת הפעילות החשמלית במוח במשך 15 דקות תוך ביצוע משימות מוסיקליות פשוטות, ניתנת ליישום בקלות על ידי כל איש צוות בכל מרפאה, ואינה מצריכה הכשרה מיוחדת.

 

מה שמוסיקה ומדע יכולים לעשות יחד

המחקר הובל על ידי הדוקטורנטית נטע מימון מבית הספר למדעי הפסיכולוגיה ומבית הספר למוסיקה ע"ש בוכמן-מהטה, וליאור מולכו מחברת נוירוסטיר שבראשותו של פרופ' נתן אינטרטור מבית הספר למדעי המחשב ע"ש בלווטניק ומבית ספר סגול למדעי המוח. עוד השתתפו: עדי ששון, שרית רבינוביץ ונועה רגב-פלוטניק מהמרכז הרפואי לשיקום וגריאטריה דורות בנתניה. המאמר פורסם בכתב העת Frontiers in Aging Neuroscience.

 

במסגרת המחקר, פיתח הצוות שיטה פורצת דרך, שמשלבת בין מכשיר נייד למדידה ולניתוח חדשני של הפעילות החשמלית במוח (EEG), פרי פיתוח של חברת נוירוסטיר, לבין מבחן מוסיקלי קצר של  כ-15-12 דקות, שפותח על ידי נטע מימון.

 

נטע, בעלת תואר ראשון בביצוע צ'לו באקדמיה למוסיקה ולמחול בירושלים ובוגרת תואר שני במוזיקולוגיה ובפסיכולוגיה קוגנטיבית, בחרה לחקור קוגניציה מוזיקלית, תחום שמשלב את שתי האהבות שלה – מוסיקה ומדע. פרופ׳ נתן אינטרטור הגיע למחקר מתוך אהבה מאוד גדולה למוזיקה והבנה שעל ידי מוזיקה אפשר גם להפעיל את המוח וגם למדוד את הפעילות המוחית, וזאת תוך כדי הנאה ומצב רוח מרומם. "יחד חשבנו איך נוכל להגיע למבחן מתוקף מוזיקלי וגם לתקף את המדדים המוחיים מהמכשיר. זאת היתה דרך ארוכה מאוד ומתאתגרת, תהליך שכלל הרבה מאוד ניסויים", מסבירה נטע.

 

התחברה באופן אישי לניסוי. נטע מימון והצ'לו, באירוע אתנחתא שהתקיים באוניברסיטת תל אביב

 

"מוסיקה משפרת את מצב הרוח ומביאה אותנו למצב שהוא אופטימלי לביצוע מבחני אינטליגנציה ויצירתיות"

 

הניסוי שעשה מצב רוח טוב למשתתפים

במהלך הבדיקה, הנבדק מתחבר למכשיר ה-EEG הנייד באמצעות מדבקה עם שלוש אלקטרודות בלבד שמוצמדת למצחו. אז עליו לבצע סדרה של משימות מוסיקליות-קוגניטיביות על פי הנחיות המושמעות לו באופן אוטומטי באוזניות. המשימות כוללות מנגינות קצרות שמנוגנות על ידי כלים שונים, והנבדק מתבקש לבצע משימות ברמות קושי שונות שקשורות למנגינות. למשל, ללחוץ על כפתור בכל פעם שמושמעת מנגינה, או ללחוץ רק כאשר הכינור מנגן. בנוסף, המבחן כולל גם כמה דקות של מדיטציה מונחית מוזיקה, שנועדה להעביר את המוח למצב של resting state, שידוע ככזה שיכול להצביע על תפקוד מוחי במצבים שונים.

 

"מוסיקה קודם כל ידועה כמעוררת מהירה של מצבי רוח ככלל, ומעלה רגש חיובי בפרט. מנגד, במצבים שונים, מוזיקה יכולה לאתגר שכלית ולהפעיל את האזורים הקדמיים של המוח, במיוחד אם אנחנו מנסים להתרכז בדברים שונים במוסיקה ולבצע תוך כדי משימה מסיומת", מסבירה נטע.

 

לדבריה, אם לוקחים את שתי היכולות הללו יחד, ניתן בעצם ליצור מבחנים קוגניטיביים לא פשוטים, אבל כאלה שיהיו גם נעימים ונוחים לביצוע. יתרה מכך, מוסיקה שהיא חיובית וקצבית במידה, תעלה את הריכוז והביצוע של המשימה עצמה. כך למשל "אפקט מוצרט" המפורסם, שמראה ביצועים טובים יותר במבחני אינטליגנציה לאחר האזנה למוסיקה של מוצרט - לא שייך למוסיקה של מוצרט בכלל, אלא לכך שמוסיקה משפרת את מצב הרוח ומביאה אותנו למצב שהוא אופטימלי לביצוע מבחני אינטליגנציה ויצירתיות. לכן, החוקרים העריכו שבעזרת כלים מוסיקליים אפשר יהיה גם לאתגר את הנבדקות והנבדקים במידה שניתן יהיה לבדוק את הפעילות הקדמית של מוחם, וגם להעלות את מצב רוחם כך שיבצעו את הבדיקה באופן טוב יותר ושיהיה להם נעים ונחמד תוך כדי.

 

"בחרתי בקטעים מוזיקליים שמנוגנים על ידי כלי אחד בודד כל פעם. רציתי לבחור בקטעים שנשמעים טוב ומנוגנות היטב ולכן בחרתי בקטעים מתוך יצירות קלאסיות. הבחירה במוזיקה קלאסית לא הייתה בגלל הסגנון, אלא מפני שבמוזיקה קלאסית קיימים קטעים כאלה לכלי סולו (לבד), בעוד שבז׳נרים של מוזיקה קלה לא נמצא בדרך כלל נגינה של כלי בודד (לדוגמא כינור, חליל, פסנתר ועוד). גם לא רצינו גורמים מתערבים כמו מילים או הכרות עם הקטעים, לכן בחרתי קטעים שהם טיפה פחות מוכרים לשומע הממוצע", היא אומרת.

 

 

אחד ממשתתפי הניסוי ומכשיר ה-EEG הנייד

 

"השיטה שלנו עשויה לסלול את הדרך לניטור קוגניטיבי יעיל של כלל האוכלוסייה, ומכאן לאיתור ירידה קוגניטיבית בשלביה המוקדמים. בכך היא צפויה לשפר לאין ערוך את איכות חייהם של מיליונים רבים בכל העולם"

 

לזהות ירידה קוגניטיבת לפני שהיא מתחילה

המחקר כלל ניסוי במרכז הרפואי לשיקום וגריאטריה 'דורות' בנתניה. כל מי שמתאשפז ב'דורות', או בכל מוסד אחר לשיקום גריאטרי, עובר מבחן סטנדרטי הקרוי 'מיני-מנטל' להערכת מצבו הקוגניטיבי, כחלק שגרתי מתהליך הקבלה. המבחן נערך על ידי מרפאה בעיסוק שהוכשרה לכך במיוחד, וכולל מגוון משימות כמו לדוגמה, למנות לאחור את ימות השבוע/חודשי השנה. במבחן זה ניתן לצבור עד 30 נקודות, כשציון גבוה מורה על קוגניציה תקינה.

 

הניסוי של המחקר נערך בקרב 50 מבוגרים המאושפזים במקום, שקיבלו במבדקי המיני-מנטל ציונים של 30-18, המעידים על רמות מגוונות של תפקוד קוגניטיבי. המשתתפים ביצעו את המשימות המוסיקליות-קוגניטיביות שניתנו בצורה אוטומטית, מכשיר ה-EEG רשם את הפעילות החשמלית במוחם במהלך הפעילות והתוצאות נותחו בטכנולוגיות של למידת מכונה. כך זוהו מדדים מתמטיים המצויים במתאם מדויק עם ציוני מבדק המיני-מנטל, או במילים אחרות: החוקרים קיבלו נוירו-מרקרים (סמנים מוחיים) חדשים, שיכולים לעמוד בפני עצמם כמדדים למצבו הקוגניטיבי של הנבדק.

 

"התוצאות היו מאוד טובות. ראינו מתאם בין המדדים המוחיים שאותם חישבנו על כל הניסויים הקודמים בנבדקים הבריאים, לבין ההידרדרות הקוגניטיבית של הנבדקים המבוגרים. המדד עלה ככל שציון ה'מיני-מנטל' שלהם גבוה יותר. למעשה, הצלחנו להראות שהמוסיקה היא אכן כלי יעיל למדידת הפעילות המוחית. חשוב מכך, כל מי שעברו את הניסוי דיווחו שהוא מצד אחד מאתגר את המוח, אבל נעים ונחמד מאוד לביצוע", אומרת נטע ומוסיפה בחיוך "זה מאוד לא טריוויאלי שבמבחן של 12 דקות יכולנו לזהות פעילות מוחית שיכולה להצביע על הדרדרות קוגניטיבית אפילו קטנה מאוד (הרבה לפני אבחנה של מחלה כמו אלצהיימר או דמנציה). אבל מה שהכי הפתיע אותי זה שהנבדקים בניסוי נהנו ממנו. בניגוד לניסויים רגילים מול מחשב שהם מתישים ומעייפים (אפילו לסטודנטים צעירים ובריאים!), בניסוי הזה התחושה שהם יצאו ממנה היא חיובית ונחמדה. אמנם חלק מהמשימות לא היו פשוטות, אך הם ביצעו אותן בהנאה רבה".

 

"השיטה שלנו מאפשרת ניטור של יכולות קוגניטיביות ואיתור ירידה קוגניטיבית כבר בשלביה המוקדמים, וכל זאת באמצעים פשוטים ונגישים, עם בדיקה מהירה וקלה לביצוע שניתנת ליישום בכל מרפאה", אומרים החוקרים ומסכמים "לשיטה זו יש חשיבות מיוחדת כיום, בעקבות העלייה בתוחלת החיים וקצב הגידול המואץ של האוכלוסייה בכלל והאוכלוסייה המבוגרת בפרט. כבר היום חיים בעולם מאות מיליוני בני אדם שסובלים, או עלולים לסבול בקרוב, מהתדרדרות קוגניטיבית ומהשלכותיה הקשות, ומספרם רק ילך ויגדל בעשורם הבאים. השיטה שלנו עשויה לסלול את הדרך לניטור קוגניטיבי יעיל של כלל האוכלוסייה, ומכאן לאיתור ירידה קוגניטיבית בשלביה המוקדמים, כאשר ניתן לטפל ולמנוע התדרדרות חמורה. בכך היא צפויה לשפר לאין ערוך את איכות חייהם של מיליונים רבים בכל העולם".

מחקר

07.07.2022
יוצאים לגיבושון

חוקרים התחקו לראשונה אחר תהליך ייחודי בגידול גבישים זעירים, שיכול לשפר את חיינו

  • מדעים מדויקים

מה משותף לתרופה שפועלת היטב על גופנו, לשיפור איכות מסך המחשב או הסמארטפון שלנו ואפילו לשימוש בתכונות ייחודיות של בעלי חיים לצורך שדרוג הננו-טכנולוגיה הקיימת? התשובה: הבנת תהליכי ההתגבשות של מבנים גבישיים. הננו-גבישים הם תצורה מיקרוסקופית של חלקיקים (מתכות, מלחים, יסודות אקזוטיים או חומרים אורגניים), שנוטים להתארגן במבנים גאומטריים סדורים כגון קוביות, מוטות, כדורים ועוד. מחקר חדש בהובלת חוקרים מאוניברסיטת תל אביב הוכיח לראשונה כי קיים אפקט איזוטופי בהיווצרות ננו-גבישים שמשמעותו שינוי במסה של האטומים בתגובה כימית בלי לשנות את אופיים הכימי. החוקרים הצליחו לצפות בתופעה בננו-גבישים שמכילים זרחן ויסודות ממשפחת הלנתנידים, וטוענים כי ממצא זה יכול להוות בסיס למחקר למערכות גבישים נוספות.

 

הסוד להבנת היווצרות החיים

את המחקר הובילו פרופ' גיל מרקוביץ' והדוקטורנטית גל שורץ מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר. קבוצתו של פרופ' מרקוביץ' חוקרת תופעות פיזיקליות וכימיות ייחודיות בסקאלה הננומטרית, הן כמדע בסיסי והן כצעד בדרך לשדרוג התקנים טכנולוגיים שונים. כמו כן, לקחו חלק במחקר פרופ' אמיר גולדבורט וד"ר אורי חננאל מאוניברסיטת תל אביב, וד"ר ליאת אברהם מהמחלקה לתשתיות מחקר כימי במכון ויצמן למדע. המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי Journal of American Chemical Society (JACS).

 

"בעולם הגבישים יש המון צורות סימטריה שונות שלפיהן האטומים מסתדרים בגביש. בקוורץ למשל, שהוא המרכיב העיקרי בחול ומכיל אטומים של סיליקון וחמצן, יש לאטומים סידור סלילי. סליל כזה יכול להסתובב עם או נגד כיוון השעון, ואלו בעצם שתי סימטריות הפוכות שמהוות תמונת מראה אחת של השנייה. לכן, בחול שאנחנו מכירים יש שתי אוכלוסיות של גבישוני קוורץ: 50% עם אטומים מסודרים בסלילים ימניים ו-50% עם סלילים שמאליים (עם/נגד כיוון השעון). היחס 50:50 הוא בגלל שבדרך כלל אין העדפה לכיוון מסוים. אנחנו חוקרים יצירה של גבישים אחרים עם אותו סוג סימטריה ומשפיעים על היחס בין ימניים ושמאליים. כלומר, גורמים לסוג של שבירת הסימטריה בהיווצרות שלהם בכל מיני אופנים", מסביר פרופ' מרקוביץ'.

 

"לשאלות מדעיות בסיסיות כאלו של שבירת סימטריה בתהליכים כימיים (כולל גיבוש), יש קשר גם להבנת היווצרות החיים על כדור הארץ. מולקולות החיים השונות, למשל DNA, חלבונים סוכרים ועוד, גם הן מלוות בשבירת סימטריה. לכן העניין הכללי של עולם המחקר בנושא יצירת גבישים משפיע על תחומים רבים בחיינו, החל מייצור חומרי תרופות, מכיוון שהצורה שבה הגוף שלנו מקבל את חומרי התרופה חשוב מאוד להתנהגות שלה עם הכניסה לגוף. לכן, חלק ניכר מהעבודה בתעשיית התרופות עוסק בפורמולציה, הדאגה לצורה שבה הן יוכנסו לגוף, וזה נעשה למשל באמצעות גיבוש המולקולות לגבישים קטנים בעלי גודל ומבנה גבישי מסוימים", הוא מרחיב.

 

"ישנו גם נושא הביו-מינרליזציה: בעלי חיים רבים מייצרים בתוך גופם מבנים גבישיים מורכבים כמו שלד, שריון וכדומה. הבנת תהליכי ההתגבשות שלהם יכולים לתרום הרבה להבנה הביולוגית של בעלי החיים וגם איך להעתיק מהטבע יכולות יצירת חומרים עם תכונות מיוחדות, כדוגמת חוזק, גמישות ועוד" פרופ' מרקוביץ' מספק דוגמה נוספת.

 

ננו-גבישים מהמחקר כפי שצולמו בעדשת המיקרוסקופ האלקטרוני במעבדתו של פרופ' מרקוביץ'

 

בדרך להתגבשות בודקים את השפעת הממס הכימי

במחקרם החדש ניסו פרופ' מרקוביץ' ותלמידתו להתחקות אחר ההשפעה של סוג הממס שבו מתפתחים הננו-גבישים, על קצב הגידול שלהם, ולשם כך השוו בין מים רגילים לבין מים כבדים, שבהם המימן מוחלף באיזוטופ בשם דאוטריום.

 

"כאשר מכניסים את מרכיבי הגביש הנחקר לתוך סביבה מימית חומצית, הם מתגבשים לננו-מוטות. בניסוי עקבנו אחר הופעת פליטת אור מהננו-גבישים לאחר הקרנתם באור אולטרה-סגול, תופעה שמתרחשת רק כאשר הגבישים מתחילים להיווצר. החידוש שהראינו הוא כי סוג הממס אכן משפיע על תהליך הגידול של הגבישים. השווינו בין ממס מסוג מים כבדים לבין מים רגילים, והבחנו כי במים כבדים תהליך ההתגבשות אורך זמן ארוך בהרבה לעומת מים רגילים. השלב הבא היה לפענח את המנגנון הקינטי שעומד בבסיס האפקט האיזוטופי הזה", מסביר פרופ' מרקוביץ'.

 

תופעות מסוג זה, מסבירים החוקרים, מסייעות להבין טוב יותר את התהליכים הראשוניים אשר גורמים להיווצרות הגבישים בתמיסה. במחקרם זה, כמו גם במחקרים רבים בתחום הננו, עשו החוקרים שימוש בטכניקות ספקטרוסקופיות מתקדמות לצורך הבנה מעמיקה של התופעה.

 

"בניסיון להמשיך ולפענח את מנגנון הגידול של הגבישים, השתמשנו במדידות תהודה מגנטית גרעינית (השיטה שעומדת בבסיס ה-MRI), של אטומי הזרחן, וזאת על מנת לעקוב אחר השלב המקדים להיווצרות גרעיני הגיבוש. לקחנו דגימות משלבים שונים של הגידול ועצרנו את התגובה. כך מצאנו כי בטרם היווצרות גרעיני הגבישים הראשוניים, נוצרים צברים לא מסודרים של אבני הבניין של הגביש, ובהגיעם לגודל קריטי מסוים הם הופכים בבת אחת לגרעין הראשוני אשר ממנו ימשיך הגביש לגדול. מרתק לראות כי הבדל קטן ברכיב טריוויאלי לכאורה, הממס הכימי, משפיע בצורה כל כך דרמטית על הדינמיקה הכימית שעוברים החלקיקים בדרך להתגבשות", אומרת הדוקטורנטית גל שורץ.

 

כיום, מרבית המכשירים האלקטרונים המוכרים לנו עושים שימוש בננוטכנולוגיה, החל ממסכי טלוויזיה, דרך סמארטפונים ועד למעבדים במחשב. לדברי החוקרים, היכולת להתקדם הלאה בכל הקשור למזעור הרכיבים האלקטרוניים, לשיפור ההולכה שלהם וכנגזר מכך לשדרוג חוויית המשתמש - מבוססת על הבנה כימית ועל מדע בסיסי מסוג זה. לדברי החוקרים, התוצאה המיידית של מחקר זה ודומים לו היא הבנה טובה יותר של תהליכי גיבוש, במעבדה ובטבע, ובאופן עקיף תיתכן גם השפעה על חומרים טכנולוגיים, שגם הם במקרים רבים מורכבים מגבישים.

 

"זוהי תגלית חשובה לעולם הכימיה ומדע החומרים. למדנו עוד שיעור בהבנת תהליכי ההיווצרות של גבישים, נושא אשר נחקר לאורך עשרות ומאות בשנים, ואני מקווה כי המחקר שלנו ישפוך אור על תחומים שונים, מגאולוגיה ומינרלוגיה ועד ננוטכנולוגיה והנדסת חומרה", מסכם פרופ' מרקוביץ'.

 

פרופ' גיל מרקוביץ'

מחקר

07.06.2022
החללית Gaia זיהתה לראשונה שני כוכבי לכת חדשים

שני כוכבי הלכת הענקיים דומים בגודלם לכוכב הלכת צדק שבמערכת השמש שלנו, ומשלימים הקפה סביב השמש שלהם בפחות מארבעה ימים

  • מדעים מדויקים

תגלית חדשה בהובלת חוקרים מאוניברסיטת תל אביב: החללית Gaia של סוכנות החלל האירופית ESA זיהתה לאחרונה שני כוכבי לכת חדשים במערכות שמש רחוקות. זוהי הפעם הראשונה ש- Gaia מצליחה לאתר כוכבי לכת חדשים ולכן קיבלו כוכבי הלכת את השמות Gaia-1b ו-Gaia-2b.

 

המחקר נערך בהובלת פרופ' שי צוקר, ראש ביה"ס לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר, והדוקטורנט אביעד פנחי מביה"ס לפיזיקה ואסטרונומיה. המחקר שנערך בשיתוף סוכנות החלל האירופית וקבוצת המחקר של טלסקופ החלל Gaia פורסם בכתב העת המדעי Astronomy & Astrophysics.

 

בין השמשות

במערכת השמש שלנו יש שמונה כוכבי לכת – כדורים ענקיים שמקיפים את השמש בתנועה מחזורית. פחות מוכרים הם מאות מיליארדי כוכבי לכת נוספים בגלקסיה שלנו, גלקסיית שביל החלב, שמכילה כמויות בלתי נתפשות של מערכות שמש. כוכבי לכת במערכות שמש רחוקות התגלו לראשונה ב-1995 ומאז הם מושא מחקר תמידי של אסטרונומים, בתקווה ללמוד בעזרתם עוד על מערכת השמש שלנו.

 

אביעד פנחי מפרט: "כוכבי הלכת התגלו בזכות העובדה שהם מסתירים חלקית את השמשות שלהם בכל פעם שהם משלימים הקפה, וגורמים לירידה מחזורית בעוצמת האור שמגיע אלינו מאותה שמש רחוקה. כדי לוודא שאכן מדובר בכוכבי לכת,  ביצענו מדידות מעקב בטלסקופ אמריקאי בשם The Large Binocular Telescope הממוקם באריזונה. טלסקופ זה מצויד בשתי מראות ענק שהקוטר של כל אחת מהן הוא 8.4 מטרים, והופכות אותו לאחד מהטלסקופים הגדולים בעולם כיום. באמצעות טלסקופ זה ניתן לעקוב אחר תנודות קטנות של הכוכב הנגרמות עקב הימצאות כוכב לכת סביבו."

 

הגלקסיה בתלת מימד

Gaia היא חללית של סוכנות החלל האירופית ESA, שמטרתה העיקרית היא מיפוי תלת-ממדי של מבנה הגלקסיה שלנו, גלקסיית שביל החלב, בדיוק חסר תקדים. לצורך משימה זו, Gaia סורקת את השמיים תוך כדי שהיא מסתובבת סביב צירה, ועוקבת אחר מיקומם של כ-2 מיליארד שמשות בגלקסיה שלנו, עם דיוק שמגיע למיליוניות המעלה. לשם המחשה, דיוק כזה שקול ליכולת לזהות מכדור הארץ מטבע של 10 ₪ שנמצא על הירח. במהלך המעקב אחר מיקומי השמשות, Gaia גם מודדת את בהירותן – תכונה חשובה מאין כמותה באסטרונומיה תצפיתית, שכן ניתן ללמוד ממנה רבות על המאפיינים הפיזיים של גופים שמיימים. השינויים שתועדו בבהירות של שתי שמשות רחוקות הם אלה שהובילו לגילוי.

 

לפרופ' צוקר ניסיון רב בגילוי כוכבי לכת עוד מהימים שבהם היה תלמידו של האסטרונום הוותיק פרופ' צבי מזא"ה. הוא מספר: "המדידות שביצענו ע"י הטלסקופ בארה"ב איששו שמדובר בשני כוכבי לכת ענקיים, הדומים בגודלם לכוכב הלכת צדק שבמערכת השמש שלנו, ונמצאים כל כך קרוב לשמשות שלהם כך שהם משלימים הקפה בפחות מארבעה ימים, כלומר כל שנה על כדור הארץ שקולה ל-90 שנים של אותו כוכב לכת. הגילוי התאפשר בעקבות חיפושים דקדקניים ותוך שימוש בשיטות של בינה מלאכותית, וכך נמצאו שני כוכבי הלכת החדשים. בקרוב נפרסם עוד כ-40 מועמדים נוספים. הנתונים ממשיכים להצטבר, וסביר מאוד ש-Gaia תגלה עוד פלנטות רבות בשיטה זו בהמשך."

 

מהפכה בעולם האסטרונומיה

תגלית זו מהווה אבן דרך נוספת בתרומה המדעית של משימת החלל Gaia, שכבר רושמת לזכותה מהפכה של ממש בעולם האסטרונומיה. היכולת של Gaia לגלות כוכבי לכת בשיטת ההסתרה החלקית, שמצריכה בדרך כלל ניטור רציף למשך זמן רב, הייתה עד כה מוטלת בספק. צוות החוקרים, עליו הוטלה משימה זו, פיתח אלגוריתם המותאם במיוחד לתכונותיה של Gaia ובמשך שנים חיפשו אחר אותות אלה במאגרי המידע המצטבר מהחללית.

 

ומה לגבי האפשרות לקיים חיים על פני אותם כוכבי לכת רחוקים וחדשים? אביעד פנחי מסכם: "כאמור, כוכבי הלכת החדשים קרובים מאוד לשמשות שלהם ולכן הטמפרטורה בהם גבוהה ביותר, סביב אלף מעלות צלזיוס, כך שהסיכוי שחיים התפתחו שם הוא אפסי. כוכב לכת מסוג זה נקרא בקהילה האסטרונומית 'צדק חם' (Hot Jupiter) – 'צדק' בזכות גודלו, ו'חם' בזכות קרבתו לשמש שלו. אמנם בכוכבי הלכת שמצאנו אין ממש סיכוי לחיים, אבל אני משוכנע שישנם אינספור אחרים שיש בהם חיים, וסביר להניח שכבר בשנים הקרובות נגלה סימנים למולקולות אורגניות באטמוספירות של כוכבי לכת רחוקים. כנראה שלא נזכה לבקר באותם עולמות רחוקים בזמן הקרוב, אבל אנחנו רק בתחילת הדרך, ומרגש מאוד להיות חלק מהחיפוש."

מחקר

25.04.2022
להרגיש את תל אביב מלמטה

מה קורה מתחת לאספלט של העיר ללא הפסקה?

 

  • מדעים מדויקים

תל אביב היא עיר עם כחצי מיליון תושבים ועוד כמה מאות אלפים שמגיעים אליה כל יום לעבודה, בילויים ומסחר. כך שאפשר לומר שהאספלט אצלנו צפוף רוב הזמן. אבל מה קורה מתחת למדרכות, לשבילי האופניים ולכבישים? ולמה אנחנו חייבים להתעניין בזה? זה בדיוק מה שצוות חוקרים מבית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר ומבית הספר להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן הגיעו כדי להסביר לנו.

 

WAZE סיסמי

ד"ר אריאל ללוש מהחוג לגיאופיזיקה בבית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ, עוסק בדרך כלל בחקר רעידות אדמה ובהדמיה של תת הקרקע. במחקרים שלו בארץ ובעולם הוא מאזין לרעידות שמקורן עמוק מתחת לפני הקרקע, דרך גלים סיסמיים שמתפשטים בתווך התת-קרקעי ונקלטים בחיישנים מיוחדים. אבל במחקר שהוביל ביחד עם חן כהן, דוקטורנט להנדסת חשמל מהפקולטה להנדסה, שמתמחה בעולמות האופטיקה ובלמידת מכונה, ורועי מזוז ועוז מתוקי, סטודנטים לתואר ראשון בהנדסת חשמל ופיזיקה, הוא ביקש דווקא לבדוק כיצד ניתן לקבל נתונים מדויקים על מה שקורה בכבישים ובמדרכות של תל אביב באופן פשוט וזול, כדי לשפר את האופן שבו מתוכננת העיר ואולי אפילו למנוע תאונות ולצמצם פגיעות אפשריות מרעידות אדמה. המחקר מסתמך על למידת מכונה וחישה סיסמית באמצעות סיבים אופטיים שמוטמנים מתחת לאדמה וקולטים, בין השאר, גם את תנועת הרכבים והולכי הרגל מעליהם. מסתבר שזה אפשרי ואפילו מאפשר לעקוב אחרי תנועת רכבים בכל העיר ולנטר את האזורים שמועדים לפורענות במקרה של רעידת אדמה.

 

ביחד עם שותפיו לפרויקט, יצר אריאל קשר עם מנהל מחלקת ההטמעה במערכות מיחשוב בעיריית תל אביב, מר אבי חדד, והסביר לו מה הוא רוצה לעשות: לתת לעירייה כלי לתכנון עירוני חכם. בעירייה נדלקו כל הפנסים. הפיילוט אושר עם בקשה: צרו לנו בבקשה WAZE סיסמי שיעזור לנו, עד כמה שאפשר, לקבל תמונה מלאה של מצב הפקקים בעיר.

 

חוקרים את תל אביב מלמטה. מימין: עוז מתוקי, חן כהן, ד"ר אריאל ללוש ורועי מזוז

 

מידע אנונימי וזול

דרך חדר התקשורת של העירייה התחברו החוקרים לסיב באורך של כקילומטר, שהוטמן בעומק של כמטר מתחת לפני הקרקע. למזלם, הם לא היו צריכים להתלכלך ולהניח את הסיבים בעצמם - הם 'תפסו טרמפ' על סיבים שקיימים בשטח ולא נמצאים בינתיים בשימוש. "כשאנחנו אומרים 'להתחבר לסיב', אנחנו בסך הכול צריכים את הקצה שלו, כלומר שאם יש חדר בקרה שממנו יוצאים כל הסיבים - מספיק לנו להיות שם", מסביר עוז.

 

באמצעות דוגם אופטי מיוחד, שאותו חיברו לארון התקשורת, נשלחים פולסים של לייזר בצורה מתוכננת לתוך הסיב. הדוגם יודע לנתח את ההחזרים של הלייזר ולתרגם אותם לאופן שבו הסיב רועד.

 

אבל למה בכלל צריך את זה? הרי יש מצלמות ו-Waze. "התשובה מורכבת", אומר ד"ר ללוש. "החשיבות הגדולה ביותר של השימוש בנתונים שלנו היא שהסיב נותן מידע שלם ואנונימי. כלומר, לא צריך מצלמה שחושפת את לוחית הזיהוי של הרכב ופני הנהג, ולא צריך לשתף את המיקום שלנו עם גוגל ו-Waze. מצד שני, תמיד אפשר לראות את המיקום של הרכב. אם אסע למשל בלי להדליק את ה-Waze - אף אחד לא יידע שנסעתי, ואז יכול להיות שיש מידע שמתעלמים ממנו, בעוד שהשימוש בסיב מאפשר לי להגיע לשלמות המידע. נוכל לדעת שעכשיו נסעו רכב פרטי ומשאית ואופנוע אבל לא נצטרך לחשוף בדרך את המידע האישי של הנהגים שחלפו עכשיו ליד הדליקטסן באבן גבירול".

 

מי חלף ובאיזו מהירות ליד הדליקטסן? הקלטה של כ-8 דקות על הציר בין עיריית תל אביב ומגדל המאה בשעה שקטה יחסית. הציר האנכי הוא מיקום, הציר הרוחבי - זמן. כל כלי רכב שנוסע הוא קו משופע, כאשר מהירות הנסיעה נתונה על ידי השיפוע עצמו. האלכסונים עם שיפוע שיורד משמאל לימין הם רכבים שנוסעים דרומה ולהיפך.

 

"אנחנו רוצים להוציא מידע סטטיסטי על דברים פשוטים שהעירייה מתעניינת בהם, כמו כמה פעמים רכבים נוסעים במהירות מופרזת או באיזה נתיבים", מוסיף רועי.

 

בנוסף, ד"ר ללוש מדבר על הנושא הכספי. "עלות הצבת המצלמות ברחבי העיר מגיעה למאות אלפי שקלים למצלמה. לרוב שמים אותן בעיקר היכן שיש הצדקה כלכלית, ובגלל זה כמות המצלמות היא מוגבלת ולא מכסה את כל העיר. אני חושב שבעולם שבו יש כבר כל כך הרבה סיבים אפשר לעשות מיפוי שלם יותר של התנועה, אולי גם של רחובות קטנים בתל אביב, שדווקא בהם יש תמיד פקקים בגלל פנייה או רמזור, אבל הם לא מצולמים".

 

החיישן שרואה מעבר לפינה

עם המידע העצום שמתקבל אפשר לעשות לא מעט. "ברמת התכנון העירוני אפשר לקבל תובנות שלמות יותר. למשל, כיצד אפשר לפזר בצורה נכונה יותר צפיפות בכבישים, היכן לסלול עוד נתיבי אופניים או מדרחובים להנאת הציבור ועוד. ויש גם את נושא רעידות האדמה", אומר ד"ר ללוש. "אולי זה לא קשור באופן ישיר לרכבים, אבל אפשר לזהות אזורים שבגלל מבנה הקרקע הספציפי בהם יש סיכון מוגבר במקרה של רעידת אדמה. כלומר, אם כבר מגיעה אנרגיה סיסמית, היא פחות מרוסנת או אפילו מוגברת, ולכן יכול להיות שאזור או רחוב או אפילו בניין ספציפי יהיו יותר מועדים לפורענות".

 

לדבריו, נכון להיום, המפות שמגדירות מהו התקן של בנייה במדינת ישראל מחלקות אותה למספר אזורים בודדים לפי מידת הסכנה מרעידות אדמה, שמתחשבת בעיקר בקרבה לאזורים סיסמוגניים לאורך העתק (שבר) ים המלח. עם זאת, לא קיימת חלוקה ברמת רזולוציה גבוהה כמו זו שהמידע מהסיבים האופטיים יכול להציע.

 

ד"ר ללוש מציג פן נוסף של חשיבות המידע החדש שיוכל לעזור לנו בעתיד הרחוק יותר: "אני מאמין שבעידן הרכב האוטונומי, מידע מסיבים אופטיים יוכל להגיד לרכב 'תיזהר, מישהו עומד להיכנס לך לצומת והמצלמה שלך עדיין לא רואה את זה'. האתגרים שלנו גדולים מאוד - עיבוד כמות מידע עצומה ושידורה. אבל ברמת העיקרון אם אתה רכב שנוסע על הכביש אין לך דרך לברוח מהעובדה שיש לך משקל, וכן, אתה מעוות את הקרקע ולכן הסיב האופטי 'ישמע' את זה".

 

'תיזהר, מישהו עומד להיכנס לך לצומת והמצלמה שלך עדיין לא רואה את זה'

 

ג'ונגל של הפרעות

הניסוי נמשך כשבוע, ובמהלכו נאסף מידע באופן רציף. הצוות בנה מודל שלומד את התבניות הסיסמיות שנקלטות על ידי הסיב ויודע לספר מה קורה מבחינת תנועת הרכבים ואפילו של הולכי הרגל, ולקבל סיווג ראשוני בהתאם לסוג הרכב. ישנן גם תוצאות ראשוניות בהקשרים של זיהוי נתיב הנסיעה, מה שרלוונטי במיוחד לניטור תנועה לא רצויה בנתיבי תחבורה ציבורית. כעת עובדים החוקרים על "ניקוי וסינון" המידע על מנת לטייב את ביצועי המודל.

 

"כשעושים ניסוי בפעם הראשונה אוספים את המידע הכי צפוף וברזולוציה הכי גבוהה שאפשר. עכשיו אנחנו מבינים שהחתימה של הרכבים ושל הולכי הרגל פשוטה יחסית, ובעתיד נוכל לשנות את זה כדי להוריד את העומס באיסוף ועיבוד המידע, אומר ד"ר ללוש. "האתגר הגדול הוא ללמד את המחשב לנתח ולהפריד את הדברים, וזה הולך ומשתפר", מוסיף חן.

 

גם הם משדרים גלים סיסמיים. רוכבות ורוכבי כלי רכב דו-גלגליים בשביל אופניים תל אביבי

 

פתרון אקסקלוסיבי

במידה והפיילוט ימשיך, העירייה תוכל בעתיד לבדוק השפעות רבות ושונות בהקשר של תכנון עירוני. למשל, לדעת האם מסלולי האופניים הרבים שנסללו ברחבי העיר אכן משמשים את התושבות והתושבים, באילו רחובות מעדיפים הולכי הרגל לצעוד ובהמשך לפתח מסלולי הליכה פתוחים נוספים כדי להמשיך ולהפוך את העיר למזמינה יותר לתנועה רגלית או בלתי ממונעת.

 

"אם נראה שהתוצאות הראשוניות של המחקר הזה מוצלחות, ויש לי הרגשה שכן, בעתיד נתכנן מסלול סיב שעובר ברחובות שלעירייה חשוב לקבל עליהם יותר מידע", מסכם ד"ר ללוש. כעת מחפש הצוות סטודנטים ודוקטורנטים נוספים שמעוניינים לקחת חלק בהמשך הפרויקט. אם אתם.ן מחפשים.ות נושא לעבודת מאסטר או דוקטורנט צרו קשר עם אריאל.

מחקר

07.03.2022
החומר שיודע לזרום כמו נוזל ולהסתדר כמו מוצק

 חוקרים חוזים את קיומו של "על-מוצק" במימן כבד

  • מדעים מדויקים

כיצד חומר יכול להיות גם מוצק וגם לזרום ללא חיכוך? למעט מצבי הצבירה המוכרים לרובנו, מוצק, נוזל וגז, ישנם גם מצבי צבירה אקזוטיים ומרתקים במיוחד אשר מתקיימים רק בעקבות התכונות המשונות של חלקיקים קוונטיים. על-מוצקים הם חומרים כאלו, ויש להם שתי תכונות שנשמעות סותרות לחלוטין: מבנה בעל סדר מובנה וקבוע, וזרימה של החומר ללא חיכוך. מחקר חדש בהשתתפות חוקר מאוניברסיטת תל אביב מציג תחזית תאורטית לפיה דאוטריום, איזוטופ של מימן המהווה מרכיב במים כבדים, יכול לרכוש תכונה זו בלחצים גבוהים ביותר ובטמפרטורות נמוכות.

 

התכונה שהופכת חומר ל'על-זורם'

מתוך ממצאי המחקר עולה כי הדאוטריום, שמופיע כגז בתנאי החדר, מסוגל לשנות את מצב הצבירה ל"על-מוצק" כאשר הוא מצוי בלחץ של 8 מיליון אטמוספירות וקרוב לטמפרטורת האפס המוחלט. המחקר נערך בשיתוף פעולה בין ד"ר צ'אנג-וו מיונג מאוניברסיטת קיימברידג', פרופ' מיקלה פרינלו מהמכון האיטלקי לטכנולוגיה בג'נובה וד"ר ברק הירשברג מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters.

 

הקיום של על-מוצקים נחזה לפני למעלה מ-50 שנים ברמה התאורטית והצית מחלוקת עזה בקרב פיזיקאים. אולם, לפני כחמש שנים הוכח קיומו באופן חד משמעי בניסויים על אטומים קרים לכודים. החוקרים אומרים כי הבנת המנגנונים העומדים בבסיס התהליך וגילוי על-מוצקים חדשים היא נושא מחקר שתפס תאוצה רבה בשנים האחרונות, ואפילו ביתר שאת מאז התצפית הניסיונית.

 

"כדי שחומר יזרום ללא חיכוך, מה שמכונה 'על-זורם', פונקציות הגל של האטומים המרכיבים אותו צריכות לחפוף כך שלא ניתן יהיה להבחין ביניהן יותר. ואם כך, נשאלת השאלה – כיצד יתכן שישמרו על הסדר המרחבי שמאפיין מוצקים?", מסביר ד"ר הירשברג.

 

"הסיבה היא כזו: במחקר גילינו כי הלחץ הגבוה מאלץ את אטומי הדאוטריום להתקרב ולהפוך למוצק בעל תכונות של מתכת. במתכת, שהיא שם נרדף לחומר מוליך, האלקטרונים של אטומי הדאוטריום דוחים זה את זה קצת פחות מאשר בחומר מבודד, מה שמאפשר לאטומים להתקרב עוד יותר. שתי תכונות אלה יחד, מעודדות את היווצרות העל-זורם. נוסף על כך, הראינו בהדמיות מחשב כי דאוטריום הופך לעל-זורם, אך גם שומר על המבנה הגבישי שלו באותה העת, וכך מתקבל מצב הצבירה המכונה על-מוצק. מעט מאוד תחזיות לקיום של חומרים על-מוצקים פורסמו עד כה, ובפרט בחומרים מציאותיים ומוכרים כמו דאוטריום", מוסיף ד"ר הירשברג.

 

זורם כמו נוזל, מסתדר כמו מוצק. חומר על-זורם

 

למידת המכונה מתיידדת עם הכימיה

ההדמיות החישוביות שערכו החוקרים, התאפשרו באמצעות אלגוריתם חדש לתיאור מערכות קוונטיות מיוחדות שפיתח ד"ר הירשברג, במהלך שהותו כפוסט-דוקטורנט במכון הטכנולוגי הפדרלי של ציריך (ETH Zurich). בזכות אלגוריתם זה, המבוסס על תיאוריה שפיתח הפיזיקאי ריצ'רד פיינמן, הצליח ד"ר הירשברג להפחית בצורה דרמטית את סך החישובים הנדרש לצורך הדמיית המערכת. בנוסף, כדי לתאר את תחום הלחצים והטמפרטורות הקיצוני, עשו החוקרים שימוש בכלים מתחום למידת המכונה ובכללם רשת נוירונים מלאכותית, לתיאור יחסי הגומלין בין האטומים בחומר.

 

"השימוש בלמידת מכונה עבור הכוחות המולקולריים הוא כיוון מבטיח בכימיה חישובית. התחזית התאורטית שאנו מספקים במאמר החדש פותחת אופקים חדשים, מכיוון שתחום הלחצים והטמפרטורות הרלוונטי יוכל להיבדק בעתיד הקרוב בניסוי. מעבר לכך אנו צופים כי התובנות שהופקו מהמחקר יהיו בעלות חשיבות גם באיתור על-מוצקים בחומרים נוספים", מסכם ד"ר הירשברג.

 

ד"ר ברק הירשברג

מימין: פרופ' עדי אריה, פרופ' וולפגאנג שלייך והדוקטורנט גאורגי גרי רוזנמן (צילום: פרופ' רם זמיר)

מחקר

27.02.2022
חושך, תתרכז רגע

חוקרים הוכיחו כי ניתן למקד חושך בדיוק כפי שניתן למקד אור

  • מדעים מדויקים

מה קורה לנו כשאנחנו נכנסים למקום חשוך מאוד? התחושה היא שהחושך עוטף אותנו ואנו מתקשות ומתקשים למקד את מבטנו בנקודה אחת. מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם אוניברסיטאות בארצות הברית ובגרמניה וכן מכון החלל הגרמני (DLR), מראה לראשונה כי ניתן "למקד חושך", כלומר לרכז גלים לנקודה אחת במרחב שבה תתקבל עוצמת אור מינימלית. זאת בצורה אנלוגית למיקוד המוכר (למשל על ידי עדשות או מראות כדוריות), שבסופו מתקבלת נקודת אור בוהקת.

 

החושך שבקצה המנהרה

גלים אלקטרומגנטיים, גלי חומר וגלי כבידה משטחיים יכולים להתרכז לאזור קטן וממוקד במרחב, תופעה שמוכרת בתור מיקוד בהיר. זהו העיקרון על בסיסו פועלים שלל התקנים אופטיים ובהם עדשות, טלסקופים, מצלמות, מיקרוסקופים, זכוכית מגדלת וגם העין האנושית. עבודה קודמת שנעשתה במעבדתו של פרופ' עדי אריה, ממובילי המחקר החדש, ביחד עם חלק משותפיו למחקר זה, כללה את פיתוחו של מוליך גלים מסוג חדש, שמראה כי ניתן לבצע מיקוד גם ללא עדשה, כאשר אור או כל גל אחר עובר דרך חריץ צר ומתרכז לאזור בהיר במרחב.

 

המחקר נערך על ידי פרופ' עדי אריה ופרופ' לב שמר מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן והדוקטורנט גאורגי גרי רוזנמן מהפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר. השתתפו בו גם חוקרים מאוניברסיטת אולם וממכון החלל הגרמני - ד״ר מנואל רודריגז גונקאלבס, ד״ר מתיאס צימרמן, פרופ׳ מקסים איפראימוב ופרופ׳ וולפגאנג שלייך, והחוקר פרופ׳ וויליאם קייס מארה"ב. פרופ' עדי אריה מופקד על הקתדרה לננו-פוטוניקה ע"ש מרקו ולוסי שאול. המחקר פורסם בעיתון היוקרתי Applied Physics B.

 

"מיקוד בדרך כלל מקושר לעלייה בעוצמת האור באזור מצומצם במרחב, כפי שניתן לצפות באור שעובר דרך עדשה. אנחנו ניסינו לבצע את הפעולה ההפוכה, כלומר להוריד כמעט לאפס את כמות האור בנקודה מסוימת במרחב", מסביר הדוקטורנט גאורגי גרי רוזנמן ומרחיב "התופעה שגילינו בניסוי, ושאותה חקרנו גם באמצעות תאוריה נלווית, מכונה מיקוד עקיפתי אפל. במסגרת התופעה הזו, גלים מתרכזים לנקודה אחת במרחב, אבל שלא כמו במיקוד בהיר מתקבלת מינימום של עוצמה, בעוד שבכל שאר המרחב ישנם גלים בעוצמה גבוהה."

 

התאום האפל של המיקוד הבהיר

במאמר מפרטים החוקרים את הניתוח התאורטי של הבעיה באמצעות כלים ממכניקת הגלים וממכניקת הקוונטים. החוקרים מציינים כי על פי התחזית התאורטית, תופעה זו יכולה להתרחש גם בהיעדר עדשה המרכזת את האור, בנוכחות סדק בלבד.

 

"הבסיס לעקרון הפעולה החדש שפענחנו, הוא שבמחצית מהסדק תתבצע השהיה של הגל, לעומת החצי השני שבו הגל יעבור לא השהיה. עבור גלים אופטיים למשל, ניתן לממש השהיה כזו על ידי הוספת לוחית דקה של זכוכית שתכסה את מחציתו של הסדק. הניסוי שבוצע השתמש ברעיון דומה, אבל עבור גלי מים", מוסיף רוזנמן.

 

רוזנמן מפרט לגבי השלב השני של המחקר, בו חזו בתופעה המרתקת גם בגלי כבידה משטחיים של מים: "יצרנו במעבדתו של פרופ' לב שמר מערך של גלי כבידה משטחיים בבריכת גלים שאורכה כ-5 מטרים. על בסיס התחזית התיאורטית הנדסנו את מבנה הסדק המיוחד במרחב הזמן, וצפינו לראשונה בתופעה של מיקוד עקיפתי אפל באופן ניסיוני. למעשה הבנו כי מיקוד עקיפתי אפל איננו רק התאום המנוגד למיקוד הבהיר, אלא שיש לו גם הרבה תכונות מעניינות בפני עצמו. למשל, ראינו כי המיקומים של מוקדי החושך שונים מאלה של מוקדי האור, וכי הוצאת המערכת מפוקוס עשויה לגרום להיווצרותם של פסי חושך רחבים".

 

החוקרים טוענים כי לתופעה החדשה שגילו יש השלכות מעניינות בהבנה של תופעות גליות, וכי ייתכנו יישומים שלה גם בגלים אקוסטיים ואלקטרומגנטיים. "בעזרת המסקנות מהניסויים שערכנו ומהתאוריה שבנינו, אנו מעריכים כי ניתן יהיה להעלים רעשים באופן ממוקד או ללכוד ולהזיז חלקיקים בצורה יעילה יותר. אמנם התופעה עוסקת בחושך, אך היא כנראה תביא הרבה אור מדעי לחיינו, שכן זהו פתח לתופעות פיזיקליות חדשות", מסכם רוזנמן.

 

חושך, תתרכז רגע. מתוך המחקר

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

מחקר

15.02.2022
הסדר הפיזיקלי החבוי מוכיח: גם מערבולות שומרות על "ריחוק חברתי"

המחקר הצליח למצוא סדר חבוי במערכות פיזיקליות מסתובבות "מבולגנות" לכאורה, כגון חלבונים ומערבולות

  • מדעים מדויקים

תנועת חלבונים בקרום התא (ממברנה) היא אחת הבעיות שמעסיקות פיזיקאים, כימאים וביולוגים רבים. מהעבר השני, בסקאלה הגדולה פי כמה מיליארדים, תופעות אטמוספריות ואוקיינוגרפיות שונות עומדות אף הן בעין הסערה של העיסוק הפיזיקלי. על אף שנראה כי מערכות אלה מבולגנות לחלוטין ומבוססות על תנועה אקראית וכאוטית, מחקר חדש מראה כי ישנם מבנים סדורים בתוך שתיהן, והם מתנהגים לפי אותו סט כללים פיזיקליים.

 

"במחקר החדש הראינו כי הדינמיקה של חלבונים בממברנה זהה לזו של מערבולות בזורם אידיאלי כמו למשל בתופעות מזג אוויר," מסברירה ד"ר נעמי אופנהיימר מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה. "זה מפתיע מאוד, כי התיאור הפיזיקלי של המערכות הללו בא לידי ביטוי במשוואות שונות ובקני מידה שונים. ממברנה היא נוזל מאוד צמיג, כמו דבש, כך שכוחות החיכוך בה מאוד חזקים, ואם לא ננסה להפעיל כוח באופן אקטיבי – שום דבר לא יזוז בתוכה. לעומת זאת, בזורם אידיאלי הצמיגות זניחה, כלומר כמעט שאין חיכוך והכל ממשיך לזרום לנצח בנחת, ללא הפרעות."

 

המחקר העיוני בוצע בהובלת ד"ר אופנהיימר בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, בשיתוף עמית המחקר ד"ר מתן-יה בן ציון וכן חוקרים מארה"ב. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Communications. החוקרים הגיעו למחקר החדש עם תובנות ממחקרים קודמים שביצעו, ולפיהם חלק מהחלבונים המשובצים בממברנה התאית מסתובבים, יוצרים מערבולות קטנות, מתנגשים זה בזה ולבסוף מתארגנים במבנה של משושים.

 

ד"ר אופנהיימר מרחיבה לגבי התכונה המעניינת שצצה תוך כדי המחקר: "בחנו מקרה בו יש כמות גדולה של מערבולות. התנועה של המערבולות היא כאוטית, אבל שאלנו את עצמנו האם יש בכל זאת סדר שחבוי בבלגן, גם אם אין התנגשויות בין המערבולות. מסתבר, שאף על פי שאין התנגשויות, עדיין חלות מגבלות על התפלגות המערבולות על פני השטח."

 

חוקי השימור של המערבולות

כאן, טוענים החוקרים, נכנסים למשחק חוקי שימור. בטבע ישנם מספר חוקי שימור יסודיים דוגמת שימור אנרגיה, שימור תנע ושימור מטען. הפיזיקאית היהודייה-גרמניה אמי נתר פיצחה לפני כמאה שנים את הקשר בין סימטריה לבין חוקי שימור. היא זיקקה אותו לכדי משפט בעל יופי מתמטי רב ואשר נקרא על שמה.

 

"במקרה של המערבולות", מוסיפה ד"ר אופנהיימר, "ישנם חוקי שימור גאומטריים שנובעים מהסימטריה במבנה של המערכת. חוקים אלה מכתיבים למערכת מגבלות מרחביות שונות על ההתפלגות של המערבולות – מרתק לראות שאפילו שהתנועה כאוטית ומבולגנת, מערבולות אף פעם לא מתרחקות יותר מדי אחת מהשנייה וגם לא מתקרבות יותר מדי אחת לשנייה, והדבר נובע בדיוק מחוקי השימור."

 

התכונה עליה מדברת ד"ר אופנהיימר ואשר מונעת מהמערבולות להתקרב או להתרחק האחת מהשנייה ולייצר מעין סדר לא טריוויאלי, נקראת "היפר-יוניפורמיות". תכונה זו נפוצה למדי בטבע, והיא מופיעה למשל בקולטני האור בעיניהן של ציפורים רבות, וככל הנראה עוזרת להן לראות טוב יותר.

 

ד"ר אופנהיימר מוסיפה ומסכמת: "התופעה השנייה והלא פחות מעניינת שראינו, היא שכאשר יש שני סוגי מערבולות, סוג אחד איטי וסוג שני מהיר, מתרחשת דינמיקה משונה המביאה לכך שבתום פרק זמן מסוים המערבולות האיטיות יהיו בחוץ והמהירות יהיו בפנים, מכיוון שהמערבולות המהירות כביכול 'גונבות' סדר מהמערבולות האיטיות. גם את התופעה הזו הצלחנו להסביר במונחי חוקי השימור של המערכת ושיקולים נוספים. אחת מהסוגיות החמות בפיזיקה בימינו היא השלכה ממערכות מיקרוסקופיות אל המקרוסקופיות ולהפך, כך שהמחקר שלנו יוצר בדיוק את הגשר הזה, ואני מאמינה כי יהיו מחקרי המשך רבים סביב הדינמיקה הקסומה הזו."

 

מחקר

13.02.2022
"זיכרון הצורה" – התכונה המפתיעה שמאפשרת לשלוט בשינוי הצורה של חומרים

החוקרים יצרו רשתות דו ממדיות ממיקרו-סיבים פולימריים, שמשנות את צורתן כתלות בטמפרטורה

  • מדעים מדויקים

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב גילו לראשונה שורה של תכונות פיזיקליות הקיימות ברשתות של מיקר וסיבים פולימריים, בראשן תכונת "זיכרון צורה". גילויים אלה פותחים דלת למגוון יישומים טכנולוגיים וביולוגיים, החל מהנדסת רקמות וכלה ברובוטיקה.

 

"במחקר ייצרנו רשתות דו ממדיות ממיקרו-סיבים פולימריים, שמשנות את צורתן כתלות בטמפרטורה." מסביר ד"ר עמית סיט מבית הספר לכימיה. "גילינו לראשונה כי לרשתות ישנן תכונת זיכרון צורה – תכונה מפתיעה במיוחד שלא הכרנו. בקירור הרשתות מתנפחות ויכולות לשנות את צורתן המקורית, אולם זיהינו כי לאחר חימום הרשתות, הן מסוגלות לרכוש מחדש את הצורניות המקורית שהייתה להן בטרם החימום. עקרון זה, המודגם על סוגים שונים של רשתות, מציע דרך חדשה לשלוט בשינוי הצורה של חומרים, וניכר כי אפילו שינויים מינוריים במבנה הסיבים מיתרגמים לשינוי דרמטי בהתנהגות המקרוסקופית של הרשתות."

 

הרשתות הדו ממדיות שפותחו ויוצרו במעבדתו של ד"ר סיט מבוססות על פולימר בשם PNIPAAm, והן "מודפסות" בתהליך המכונה טווייה יבשה (Dry Spinning). בתהליך זה, הסיבים נמתחים מתוך תמיסת הפולימר הנוזלית, ותוך כדי כך הם מתקשים במהירות והופכים למוצקים, כאשר נידוף מהיר של הממס מותיר את הפולימר כסיב דק. שיטה זו מאפשרת יצירה של סיבים בקוטר של מאית עובי השערה וכן ארגון שלהם באופן מסודר במרחב, בדומה להדפסה תלת ממדית.

 

את המחקר הובילו ד"ר סיט והדוקטורנטית שירן זיו שהרבני מבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, והוא פורסם בעיתון היוקרתי Advance Functional Materials.

 

ד"ר סיט מוסיף: "אחת הדרכים העיקריות בהן מערכות ביולוגיות יוצרות תנועה ומייצרות כוחות היא באמצעות רשתות היררכיות שמורכבות מסיבים דקים וזעירים, ויכולות לשנות את צורתן וגודלן בהתאם לגירוי חיצוני. רשתות מעין אלו קיימות ברמת התא הבודד, ולוקחות חלק  במגוון תהליכים תאיים וגופניים. כך למשל, השרירים בגוף האדם מבוססים על רשתות של סיבים חלבוניים, שמתכווצות ומתרפות בעקבות גירוי עצבי. הצלחנו להראות כי שינוי הצורה של רשתות דו ממדיות המורכבות מסיבים פולימריים המגיבים לחום, נשלט על ידי התכונות הפיזיקליות של כל סיב. בשינוי תנאים אלה, הרשתות נוטות להציג בקירור אחד משני נתיבי התנהגות – בנתיב אחד הסיבים נותרים ישרים, והרשת משמרת את הצורניות הסדורה שלה, ובנתיב השני הסיבים מתעקמים, והרשת הופכת למבולגנת ממש כמו ספגטי. היופי הוא שתכונת זיכרון הצורה קיימת בשני נתיבי ההתנהגות הללו, ובחימום חוזרים לתצורת הרשת המקורית."

 

מודל חישובי של קפיצים ורשתות

את התוצאות המעניינות שראו ד"ר סיט וצוותו, הם הסבירו באמצעות מודל חישובי פשוט. הדוקטורנטית שירן זיו שהרבני מרחיבה בנושא: "המודל התאורטי שלנו מבוסס על הבנה בסיסית של מערכות קפיצים, שהן מערכות קלאסיות ומוכרות היטב. את שני נתיבי ההתנהגות שבהם חזינו במעבדה, הצלחנו לתאר באמצעות שינוי פרמטרים במערכת הקפיצים, והמודל סייע לנו להראות באופן חד משמעי כי מגוון גורמים גאומטריים, בעיקר קוטר הסיב אך גם הצפיפות של הרשת כולה, קשורים קשר הדוק לתכונות המקרוסקופיות של הרשת."

 

"עם היישומים של הרשתות הפולימריות", מוסיף ד"ר סיט, "ניתן להפליג אל מחוזות המדע הבדיוני, אבל ברמה הפרקטית ובעתיד הקרוב אנו מתכננים להשתמש ברשתות כדי לייצר בדים ומבנים תלת ממדים שישנו את צורתם ברזולוציה מיקרונית, באופן שיתוכנת ממש כחלק ממבנה החומר עצמו. במקביל, אנו עובדים על שימוש ברשתות משנות צורה לפיתוח של שרירים מלאכותיים קטנטנים שיוכלו לשנות פוקוס של עדשות רכות, להפריד ננו ומיקרו-חלקיקים ולהניע מלקחיים זעירים לטובת לקיחת ביופסיה של תאים בודדים."

 

זיו שהרבני מסכמת ואומרת: "עם התובנות מהמחקר שלנו אפשר לנתח ולהסיק איזה ארגז כלים נדרש לצורך פיתוחים שכאלה. המחקר ארך למעלה משלוש שנים, ולקחו בו חלק גם פרופ' אלי פלקסר מהמכללה האקדמית להנדסה אפקה בתל אביב,  וכן סטודנטים, תלמידי מחקר ואף תלמיד תיכון. אין ספק כי הידע שרכשנו במהלכו הוא חדשני ובעל פוטנציאל טכנולוגי רב."

 

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 >>