![פרויקט ה-VR של בוגרת בית הספר לקולנוע ולטלוויזיה ע"ש סטיב טיש זכה בקטגוריית Immersive](https://physics-h.tau.ac.il/sites/default/files/styles/adaptive/public/noam%20karutchi1840.webp "הסרט "פיסות" של נעם קרוצ'י זכה בפרסי תחרות ה-BAFTA היוקרתית")
האנשים שחיו בעמק החולה לפני מאות אלפי שנים ערכו מסעות ארוכים כדי להשיג חומר גלם איכותי לייצור אבני יד
חדשות
NEWS
מה מעניין אותך?
מחקר
19.07.2023
מסע בזמן בעקבות מסעות האדם הקדום
- רוח
מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב והמכללה האקדמית תל-חי נותן מענה לחידה ישנה: מאין השיגו בני האדם הקדומים שחיו בעמק החולה את אבני הצור ששימשו אותם לייצור כלים קדומים בשם אבני יד? במסגרת המחקר, אספו החוקרים ובחנו אבני יד מהאתרים הפרהיסטוריים הקדומים ביותר בעמק החולה, מעיין ברוך וגשר בנות יעקב, באמצעות שיטות אנליזה מתקדמות ובינה מלאכותית, כדי לזהות את החתימה הגיאוכימית שלהן. על פי הממצאים, המקור לחומר הגלם הינו מחשופי הצור המשובח שברמת דישון, במרחק של כ-20 ק"מ מהאתרים ובגובה של מאות מטרים מעל עמק החולה. לדברי החוקרים, הממצאים מעידים על יכולות חברתיות וקוגניטיביות גבוהות של האדם הקדום. "הוא הכיר את סביבתו ואת המשאבים הזמינים בה, השקיע מאמץ ניכר כדי להשיג את חומר הגלם האיכותי הנדרש, תכנן וביצע לצורך זה מסעות למרחק גדול, ואף העביר את הידע החיוני מדור לדור".
"האולר השוויצרי" של האדם הקדום
המחקר הובל על ידי ד"ר מאיר פינקל מהחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום ע"ש יעקב מ. אלקוב, ופרופ' גונן שרון מהמכללה האקדמית תל-חי, בשיתוף עם פרופ' ארז בן יוסף גם הוא מהחוג לארכיאולוגיה ותרבויות המזרח הקדום, ד"ר עודד בר וד"ר יואב בן דור מהמכון הגיאולוגי לישראל, ואופיר תירוש מהאוניברסיטה העברית. הוא פורסם לאחרונה בכתב העת Geoarchaeology.
במחקר הנוכחי ניסו החוקרים לאתר את מקור חומר הגלם ששימש לייצורן של אלפי אבני יד מהתרבות האשלית, החל מלפני 750,000 שנה, שנמצאו באתרי גשר בנות יעקב ומעיין ברוך שבעמק החולה. "עמק החולה ידוע בכל העולם כמוקד של אתרים פרהיסטוריים, שהקדומים שבהם בני כ-750,000 שנה. הסיבה לכך היא ככל הנראה שהאזור ממוקם על ציר הנדידה מאפריקה צפונה, לאורך בקע ים המלח שהוא חלק מהבקע האפריקאי הגדול, והקדמונים מצאו בו שפע של מים, צמחייה ובעלי חיים לציד. התושבים הקדומים הותירו אחריהם, בין היתר, אלפי אבני יד - אבני צור שסותתו כך שיתאימו לאחיזה בכף היד אנושית. אבני יד הן בין הכלים הקדומים ביותר שייצר האדם, וייתכן שהיו מעין 'אולר שוויצרי' רב-תכליתי ששימש למגוון רחב של מלאכות, מחיתוך בשר של חיות שניצודו, ועד לחפירה בקרקע בחיפוש אחר מים ושורשים. מדובר בכלי אוניברסלי שהיה בשימוש במקומות רבים בעולם הישן, באפריקה, באסיה ובאירופה, לאורך כמיליון וחצי שנים", מסביר ד"ר פינקל.
"באתר מעיין ברוך לבדו נמצאו כ-3,500 אבני יד פזורות על פני השטח, ובגשר בנות יעקב נמצאו עוד כמה אלפים. אורכן הממוצע של אבני היד הוא למעלה מעשרה ס"מ ומשקלן כ-200 גרם, אך אנו יודעים שכדי לייצר כלי כזה יש להתחיל בסיתות אבן גדולה בערך פי 5, שמשקלה לפחות ק"ג אחד של חומר גלם", מסביר פרופ' שרון ומרחיב "חישוב פשוט מעלה שלצורך ייצורן של 3,500 אבני היד שנמצאו רק באתר מעיין ברוך דרושים לכל הפחות 3 וחצי טון צור, ונשאלת השאלה: מאין הביא האדם הקדום כמות כה גדולה של צור? כדי לפתור את החידה נעזר המחקר שלנו לראשונה באמצעים החדשניים העומדים היום לרשותנו: אנליזה כימית מתקדמת ואלגוריתם של בינה מלאכותית שהותאם במיוחד לצורך זה".
אזור גשר בנות יעקב
מסעות בני 20 ק"מ בתנאי שטח שונים
החוקרים נטלו דגימות מ-20 אבני יד, 10 מגשר בנות יעקב ו-10 ממעיין ברוך, טחנו אותן לאבקה, והמיסו את האבקה באמצעות חומצות במעבדה נקיה. לאחר מכן הם מדדו בכל דגימה את ריכוזם של כארבעים יסודות כימיים שונים באמצעות מכשיר ספקטרומטר-מסות מבוסס פלזמה (Inductively coupled plasma mass spectrometer), שמאפשר מדידה יעילה ומדויקת של ריכוזי עשרות יסודות בטווח ריכוזים רחב, עד לרזולוציה של חלקיק למיליארד.
במקביל, ערכו החוקרים סקר רגלי שבו תרו אחר מקורות צור אפשריים, ברחבי עמק החולה ובסביבותיו - מחשופי צור בהרי צפת, ברכס רמים, ברמת הגולן וברמת דישון הסמוכה לברעם, וכן חלוקי נחל מנחלים שנשפכים לתוך עמק החולה - הירדן, נחל עיון, נחל דישון, נחל ראש פינה ונחל מחניים. סקירה שיטתית זו, בשילוב עם סקירת ספרות מקיפה שהוביל ד"ר בר מהמכון הגיאולוגי, אפשרה לחוקרים לאתר את מקורות הצור האפשריים שעמדו לרשות האנשים שחיו בעמק החולה בעבר.
דגימות הצור שנאספו מכל המקורות הפוטנציאליים נבדקו גם הן באמצעות ספקטרומטר המסות, כדי לאפשר השוואה ושיוך בינן לבין אבני היד. תהליך השיוך בוצע בעזרת גישה חישובית שהותאמה למטרה זו על ידי ד"ר בן דור מהמכון הגיאולוגי. "התהליך המורכב הניב כמות גדולה מאוד של נתונים לכל דגימה. כדי להגיע להתאמה מיטבית בין נתוני הפריטים מהאתרים הארכאולוגיים לבין דוגמאות הסלע, פיתחנו אלגוריתם ייעודי המבוסס על מספר שלבים חישוביים, לצד מודלים של למידת מכונה. בדרך זו הצלחנו לסווג את הפריטים הארכאולוגיים לאור בסיס הנתונים של הדגימות הגיאולוגיות".
"הם תכננו וערכו מסעות בני 20 ק"מ שכללו עלייה מגובה של 70 מ' ל-800 מ' מעל לפני הים. בנוסף, מתברר שהם העבירו את הידע החשוב הזה מדור לדור, לאורך עשרות ואף מאות אלפי שנים"
התוצאות הפתיעו את החוקרים. "התהליך החישובי שערכנו שייך את כל 20 הפריטים הארכאולוגיים לאבן צור מתקופת האאוקן שנמצאת ברמת דישון, במרחק של כ-20 ק"מ מערבה מאתרי מעיין ברוך וגשר בנות יעקב", אומר ד"ר פינקל. "ברמת דישון נמצאו גם אתרי סיתות קדומים, המעידים כי המקום שימש כמקור לחומר גלם לאורך מאות אלפי שנים. במקביל, שללנו את האפשרות שחלוקי הנחל שמקורם בנחלים הנשפכים לעמק החולה שימשו כמקור לחומר גלם, מכיוון שהם קטנים מדי".
"הממצאים שלנו מעידים בבירור על יכולות קוגניטיביות וחברתיות גבוהות של בני אדם שחיו בעמק החולה לפני מאות אלפי שנים, ככל הנראה הומינידים מהמין הומו ארקטוס. כדי להשיג חומר גלם מתאים לייצור אבני היד החיוניות, הם תכננו וערכו מסעות בני 20 ק"מ שכללו עלייה מגובה של 70 מ' ל-800 מ' מעל לפני הים. בנוסף מתברר שהם העבירו את הידע החשוב הזה מדור לדור, לאורך עשרות ואף מאות אלפי שנים. כל אלה מהווים עדות לתחכום רב, מעבר להערכות המקובלות היום בנוגע ליכולותיו של האדם הקדום בתקופה כה קדומה", מסכם פרופ' בן-יוסף.
מימין: פרופ' בן יוסף וד"ר פינקל
מחקר
17.07.2023
יעיל וכבר לא יקר - מימן ירוק
חוקרים הצליחו לייצר מימן "ירוק" ביעילות גבוהה ובעלויות נמוכות
- סביבה וטבע
- רפואה ומדעי החיים
תקווה ראשונית לייצור המוני של מימן ירוק, שיפחית דרמטית את פליטות ה-CO2 של האנושות: חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו שיטה חדשה לייצור מימן "ירוק", כלומר מימן שיוצר ללא זיהום אוויר, ביעילות גבוהה באמצעות זרז ביולוגי. המימן הוא חומר גלם הכרחי הן בחקלאות והן בתעשייה, אך 95% מהמימן שמיוצר היום בעולם הוא מימן "שחור" או "אפור" שמיוצר מפחם או גז טבעי ופולט 9-12 טונות פחמן דו-חמצני על כל טונה מימן. לדברי החוקרים, נכון להיום הפקה של מימן 'ירוק' נעשית בעיקר באמצעות תהליך שמצריך שימוש במתכות יקרות ונדירות ובזיקוק של המים, דבר שמייקר את המימן ה'ירוק' עד פי 15 מה'אפור' המזהם. החוקרים מביעים תקווה כי בעתיד אפשר יהיה לנצל את השיטה החדשה שפיתחו באופן מסחרי, להוזיל את העלויות ולעבור להשתמש במימן 'ירוק' הן בתעשייה, הן בחקלאות והן כמקור אנרגיה נקי.
את השיטה החדשה פיתחו הדוקטורנט יצחק גרינברג וד"ר אורן בן-צבי, בהנחיית פרופ' יפתח יעקובי מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ופרופ' ליהי אדלר-אברמוביץ מבית הספר לרפואת שיניים בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר, ומהמרכז לננו-מדע ולננו-טכנולוגיה. תוצאות המחקר המבטיח פורסמו בכתב העת החשוב Carbon Energy.
תהליך ייצור שיעיל יותר ב-90%
"המימן נדיר מאוד באטמוספרה", מסביר יצחק גרינברג, "והוא מופק על ידי אנזימים שקיימים ביצורים מיקרוסקופיים, שמקבלים את האנרגיה לכך מתהליכי פוטוסינתזה. במעבדה אנחנו מחשמלים למעשה את אותם אנזימים, כלומר אלקטרודה מחליפה את השמש ומספקת את האנרגיה. התוצאה היא תהליך יעיל, ללא דרישה לתנאים קיצוניים. עם זאת, האנזים 'בורח' מהמטען החשמלי וצריך להחזיק אותו במקום באמצעות טיפול כימי. אנחנו מצאנו דרך קלה ויעילה להצמיד את האנזים לאלקטרודה ולנצל אותו".
במחקרם החדש, החוקרים השתמשו בהידרוג'ל (ג'ל מבוסס מים) כדי לחבר את האלקטרודה לאנזים, וכך הצליחו לייצר מימן ירוק באמצעות זרז ביולוגי, וביעילות של מעל 90%, כלומר שמעל ל-90% מהאלקטרונים שהוכנסו למערכת נשארו במימן ללא תהליכי משנה.
"החומר של הג'ל עצמו מוכר, אבל השימוש בו להפקת מימן הוא חידוש שלנו", מסביר פרופ' יפתח יעקובי. "הספגנו את האלקטרודה בג'ל הזה, שהכיל אנזים לייצור מימן בשם הידרוגנאז. הג'ל מחזיק את האנזים לאורך זמן גם תחת המתח החשמלי ומאפשר לייצר מימן ביעילות גבוהה ובתנאים סביבתיים שנוחים לאנזים, כלומר גם במי מלח, בניגוד לאלקטרוליזה שמצריכה מים מזוקקים. פרופ' ליהי אדלר-אברמוביץ מוסיפה: "יתרון נוסף הוא שהג'ל מרכיב את עצמו: מכניסים את החומר לתוך מים והוא עובר הרכבה עצמית, כלומר מסתדר לסיבים ננו-מטריים שיוצרים את הג'ל. אנחנו הראינו שהסיבים הללו מסוגלים להדביק את האנזים לאלקטרודה. את הג'ל בדקנו על שני אנזימים נוספים, מלבד הידרוגנאז, והוכחנו שהוא מסוגל להדביק אנזימים שונים לאלקטרודה".
"כיום הפקה של מימן 'ירוק' נעשית בעיקר באמצעות אלקטרוליזה, שמצריכה מתכות יקרות ונדירות כמו פלטינה בנוסף לזיקוק של המים, דבר שמייקר את המימן ה'ירוק' עד פי 15 מה'אפור' המזהם. אנחנו מקווים שבעתיד אפשר יהיה לנצל את השיטה שלנו באופן מסחרי, להוזיל את העלויות ולעבור להשתמש במימן 'ירוק' – הן בתעשייה, הן בחקלאות והן כמקור אנרגיה נקי, מסכם ד"ר אורן בן-צבי.
מחקר
12.07.2023
מטראולוגים עם כנפיים
העטלפים קבעו: האוויר באיילון חם הרבה יותר מהאוויר בפארק הירקון
- סביבה וטבע
- רפואה ומדעי החיים
שילוב כוחות יצירתי בין זואולוגים וגיאוגרפים מאוניברסיטת תל אביב הוביל למחקר חדש שמיפה באמצעות עטלפים את איי החום העירוניים בגוש דן. על פי הממצאים שנאספו בשטח על ידי היונקים המעופפים, מסתבר שבחודשי החורף האוויר באיילון חם בעד 5 מעלות יותר מהאוויר בשטחי פארק הירקון.
עפים וממפים את איי החום בעיר
המחקר הבינתחומי נערך על ידי צוות חוקרים משותף של אוניברסיטת תל אביב: פרופ' יוסי יובל וד"ר איה גולדשטיין מהמעבדה לחקר העטלפים, בית הספר לזואולוגיה, בית ספר סגול למדעי המוח ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט ופרופ' אלכסנדרה צ'ודונובסקי, פרופ' עודד פוטצ'טר ואדריכלית ד"ר לימור שעשוע-בר ז"ל מבית ספר פורטר לסביבה וכדור הארץ. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת Applied Geography.
"איי חום עירוניים הם תופעה עירונית מוכרת. אלה שטחים אורבניים צפופים החמים בכמה מעלות יותר מסביבתם, אלא שמסיבות אובייקטיביות וסביבתיות, לעתים קשה למדוד אותם. כך למשל, כמעט בלתי אפשרי להציב תחנות מדידה נייחות בכל רחוב, וגם שליחת אנשים ניידים עם חיישנים דורשת השקעה כספית גדולה. בנוסף, תחנות מדידה מודדות רק סמוך לקרקע, ולא מודדות טמפרטורה בתלת ממד. פתרון אפשרי אחד הוא שימוש ברחפנים, אבל גם פתרון זה הוא בעייתי מבחינת אישורי תעופה להטיס רחפנים באזורים עירוניים ואחרי 20 דקות טיסה הם צריכים לנחות ולהיטען שוב", מסבירה פרופ' צ'ודונובסקי.
במחקר הנוכחי צוות החוקרים החליט לנצל את הערך המוסף של העטלפים שנחשבים לנווטים מעולים וגם מתמצאים מצוין בשטחים עירוניים. "עטלפים הם טייסים מוצלחים בהרבה מרחפנים", אומר פרופ' יובל. "הם יכולים לעוף 100 ק"מ בלילה אחד, והם פעילים בלילה כאשר תופעת איי החום נמצאת בשיא עוצמתה".
לצורך הניסוי, החוקרים הצמידו חיישני חום זעירים לעטלפי פירות מצריים ממושבת עטלפים עירונית, ושחררו אותם במרכז העיר תל אביב. העטלפים הנבונים לא התקשו למצוא את דרכם הביתה, ובדרך הם מיפו את האוויר מעל אזורים שונים כמו מרכז העיר, נתיבי איילון, פארק הירקון והרצליה.
"בזכות העטלפים הצלחנו לייצר מפה תלת ממדית ראשונה של איי חום עירוניים בגוש דן"
תמונה אקלימית רחבה בזמן קצר
הניסוי נערך בחורף, בין שמונה בערב לשתיים לפנות בוקר, ובין היתר, החוקרים גילו פערים של בין 2 ל-5 מעלות צלזיוס בין אזורים אורבניים צפופים לפארקים עירוניים. החוקרים השוו את הנתונים ששידרו העטלפים לארבע תחנות מטאורולוגיות בתל אביב, ובמקביל הפעילו ניסוי שטח רחב היקף של תחנות מטאורולוגיות ניידות לאימות הנתונים. בנוסף, הם ציידו אנשים עם מכשירים דומים ושלחו אותם לחלקים שונים של העיר כדי לבצע מדידות דומות.
איי חום תל אביביים כפי שמופו בעזרת העטלפים
"מצד אחד, מדובר בחיישני טמפרטורה קלים מאוד במשקל של 0.2 גרם, כך שהם לא מדויקים כמו תחנה מטאורולוגית כבדה. אבל מצד שני, היתרון שלהם הוא בכך שהם אפשרו לנו לקבל תמונה אקלימית רחבה בזמן קצר. מניתוח המדידות עלה כי באזור איילון המדידות היו חמות מאוד, לעומת פארק הירקון, שם טמפרטורת האוויר צונחת וברגע שהעטלף חוצה את פארק הירקון להרצליה - הטמפרטורה שוב עולה. בזכות העטלפים הצלחנו לייצר מפה תלת ממדית ראשונה של איי חום עירוניים בגוש דן".
להמשיך ולהיעזר בטבע כדי לחקור
החוקרים מאוניברסיטת תל אביב מכנים את גישתם המקורית בשם "דגימה בסיוע ביולוגיה" (Biology-Assisted Sampling), ולדברי פרופ' צ'ודונובסקי – הם בהחלט לא מתכוונים לעצור בעטלפים: "עלינו להיעזר בכל פלטפורמה ניידת שיכולה לסייע לנו. כמו שהעטלפים עזרו לנו למפות איי חום עירוניים, כך יונים יכולות למפות זיהום אוויר עירוני בלי מאמץ רב, ולחסוך לנו המון כסף והמון שנות מחקר מפרך".
"יש המון דיבור על ערים חכמות ועל 'האינטרנט של הדברים'", מוסיף פרופ' יובל, "אבל יש בעלי חיים רבים שכבר מסתובבים בעיר ואפשר להתקין עליהם חיישנים זעירים שלא פוגעים בהתנהגותם. למשל, אם אנחנו רוצים לנטר זיהום במערכת הביוב? במקום להפעיל מכונות יקרות ומורכבות, אפשר להיעזר בחולדות שמסתובבות שם כל הזמן".
מחקר
05.07.2023
התגלית שתקדם את הרפואה המותאמת אישית למחלות זיהומיות
זו הפעם הראשונה שבה חוקרים מצליחים לפתח כלים מותאמים אישית למחלות זיהומיות, שעד היום פותחו רק עבור מחלות ספציפיות דוגמת סרטן ואלצהיימר
- רפואה ומדעי החיים
מחלה זיהומית היא מצב שבו מיקרואורגניזם (נגיף, חיידק או פרזיט), הצליח לחדור ולהתרבות בגוף האדם, ולגרום לנזק ישיר לתאי הגוף. הנזק לגוף עשוי להיות גם עקיף, כתוצאה מהתגובה של מערכת החיסון כנגד אותו מחולל המחלה (הפתוגן), למשל יצירת דלקת. עד כה עולם המדע חקר את התגובה החיסונית כ'בלוק' אחד, אך צוות מחקר באוניברסיטת אביב הצליח לסווג באמצעות ניסויים וכלים חישוביים שני מרכיבים מרכזיים של התגובה חיסונית שפועלים במהלך מחלה זיהומית קשה. משמעות התגלית היא פתח לעולם רפואה מותאמת אישית בתחום המחלות הזיהומיות ומתן טיפולים יעילים לחולים. כך למשל, במקום להחליט לתת תרופה אחידה לכלל החולים, לדוגמה אנטיביוטיקה מסוג פניצילין, בהתאם לסיווג והיחס בין שני המרכיבים שנמצאו, הרופא יחליט איזו תרופה בדיוק עליו לתת לחולה ובאיזה מינון. זו הפעם הראשונה בה חוקרים מצליחים לפתח כלים מותאמים אישית למחלות זיהומיות, כלים שעד היום פותחו רק עבור מחלות ספציפיות דוגמת סרטן ואלצהיימר.
זום אין על מערכת החיסון
את המחקר הנחו החוקרים פרופ' עירית גת-ויקס ופרופ' ערן בכרך, בהובלת הדוקטורנטים אופיר כהן וגל ינקוביץ מבית הספר ע"ש שמוניס למחקר ביו-רפואי וחקר הסרטן, בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי “Cell Systems”.
"באוכלוסייה כללית, אנשים יגיבו באופן שונה לזיהומים ולכן קיים צורך בכלים רפואיים שיצביעו כיצד כל אדם צפוי להגיב למחלה זיהומית מסוימת", מסבירה פרופ' גת-ויקס ומרחיבה "עד כה, היו קיימים בעולמות המדע מדדים כלליים ביותר לאפיון מחלות אלו, דוגמת סמנים דלקתיים, חום, בדיקות שתן וכד'. תגובה, שבמדדים אלה תיראה אחידה, יכולה למעשה להתחלק לתגובות שונות בהתמודדות עם גורם המחלה. במקרי קצה, כפי שראינו למשל במגפת הקורונה, התגובה החיסונית של האדם לנגיף יכולה להגיע למצב קטלני, וזיהוי מקדים של תגובתו יכול לסייע לנו להציל חיים. ההתבוננות החדשה שלנו וחלוקת התגובה הדלקתית נתנה לנו את היכולת למצוא מדדים וסמנים חדשים שיש בגופנו, ממש בזרם הדם. משמע, מדגימת דם פשוטה נוכל ללמוד הרבה יותר על מצבו הבריאותי של האדם שחלה, ולתת לו טיפול מקיף יותר בהתאם להתפתחות הזיהום בגופו".
"הצלחנו להתבונן בתגובת מערכת החיסון ברזולוציה עמוקה, ולזהות שני סוגי תגובה עיקריים: האחד, בו מערכת החיסון נלחמת בפתוגן שחדר לגוף, והסוג השני, בו מתרחש תיקון הנזקים בגוף 'לאחר המלחמה' בפתוגן. במחקרנו, השתמשנו במודלי מחלה בחיות, בכלים חישוביים, ובמידע שנאסף מאנשים עם סמנים שונים בגופם המהווים אינדיקציה לסוג התגובה לפתוגן", מסביר פרופ' בכרך.
"למעשה, רפואה אישית קיימת היום במחלות 'סדורות' דוגמת סרטן, אך אין כמעט שימוש בכלים של רפואה אישית בתחום המחלות הזיהומיות. אנשים בעלי תגובות קיצוניות להדבקה במיקרואורגניזמים, כדוגמת נגיפים או חיידקים, מצויים כיום בחוסר מענה רפואי הולם. אנו מאמינים שבזכות מחקר זה, רופאים יוכלו לאבחן טוב יותר את מצבו של החולה וכתוצאה מכך להעניק טיפול יעיל שישפר את סיכויי ההחלמה של המטופל. אנו שואפים להמשיך את המחקר ולגלות עוד תת-קבוצות בעלות תגובות שונות בקרב האוכלוסייה, כך שנוכל לעזור לרופאים לדייק את אבחנתם ולתת מענה הולם לחולים", מסכמת פרופ' גת-ויקס.
פרופ' עירית גת-ויקס ופרופ' ערן בכרך
מחקר
02.07.2023
טכנולוגיה חדשה שנוצרה בהשראת מבנה וירוס הקורונה תסייע למטוסים לחמוק מהמכ"מ
הפיתוח החדש יאפשר לפזר ענן קרינה אלקטרומגנטית שיסתיר את כלי הטיס
- הנדסה וטכנולוגיה
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב פיתחו כלי זעיר בהשראת וירוס הקורונה, שמפזר קרינה אלקטרומגנטית ביעילות. מדובר בכדור קטן עם מערך של שפיצים שדומה מאוד בצורתו לווירוס הקורונה. הוא מודפס במדפסת תלת ממד מפלסטיק ומכוסה בנחושת, ומפזר קרינה ביעילות כך שמבנה אחד קטן יכול לשבש פעילות מכ"ם ולהסתיר מטוס. הפיתוח מבוסס על טכנולוגיות מולטי-דיסציפלינריות שמערבות הדפסה תלת-ממדית, שכבות דקות, בינה מלאכותית ואופטימיזציה טופולוגית, לצד עקרונות מכ"ם בסיסיים. לדברי החוקרים, הפיתוח יוכל לעזור בגזרה הביטחונית והמודיעינית להתחמקות מאיכונים של מכ"מים ואף בשימושי לווין שונים. לדוגמה, ניתן לפתור אתגרי תקשורת עם פמטו-לוויינים שלא יכולים לשאת אנטנה גדולה.
איך מעלימים מטוס?
מוץ הוא אמצעי להטעיית מכ"ם שתפקידו להסתיר מטרה אמיתית על ידי יצירת ענן שמפזר קרינה אלקטרומגנטית. כלי טיס או שיט מפזרים כמות גדולה של סיבי מתכת ומייצרים מטרת דמה. מכיוון שמטוס הוא מטרה גדולה, נדרשת כמות עצומה של סיבים שמגבילה את השימוש בשיטה. את הבעיה הזאת החוקרים ניסו לפתור במחקרם. המחקר בוצע במעבדתו של פרופ' פבל גינזבורג מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן ומומן ע"י זרועת חיל הים האמריקאי.
"לטכנולוגיה החדשה שפיתחו יש יישומים רבים", מסביר פרופ' גינזבורג. "המומחיות שלנו היא מבנים אלקטרומגנטיים חכמים לטובת תקשורת אלחוטית. מוץ חכם הוא אחד מהאתגרים העכשוויים בתחום הביטחון. הדבר נובע חלקית מהתקדמות במערכות מכ"ם ומסיבות שונות שהציבור הרחב לא יודע. במעבדתנו קיבלנו פניה ממשרד הביטחון אמריקאי לבצע מחקר בנושא מכיוון שאנו מחזיקים בשיא עולמי בסופר-פיזור. גישות שמשלבות בינה מלאכותית מאפשרות לנו לקבל ביצועי-על שכנראה לא ניתן לקבל אחרת".
לדבריו של פרופ' גינבורג, טכנולוגיות המכ"ם מתפתחות מאד מהר ואפשר לקחת אותן ליישומים שונים. "אני אישית נוטה לחשוב על בעיות שעלולות להופיע בעתיד הקרוב, כגון מעקב אחר רחפנים שבעוד מספר שנים יופיעו במקומות רבים, כגון בערים, למטרות משלוחים. במקרה הזה נצטרך לפתח מערכות מעקב יעילות ולמכ"ם פה יש יתרונות רבים הכוללים אמינות, יעילות ומחיר נמוך. לרחפן יש חתימת מכ"ם קטנה ולכן כדאי לפתח שיטות להגדיל אותה וכך לעזור למכ"ם בזיהוי. הפיתוח הנוכחי הוא קפיצת מדרגה נוספת כיוון שהמבנה הוא רחב סרט וכלל כיווני. הצעד הבא שלנו יהיה לגרום למכ"ם לחשוב שמטרה סטטית זזה ומתקרבת, למרות שהיא לא. האם זה סותר את תורת היחסות? התשובה הקצרה היא 'לא, הכל בסדר', אבל זה כנראה יהיה נושא לשיחה הבאה", הואמ סכם בחיוך.
דומה מאוד בצורתו לווירוס הקורונה. הכדור שיעזור להעלים גופי טיס גדולים ממכ"ם
מחקר
02.07.2023
חוקרים מדדו לראשונה את מסלולי בוהם ואת הפוטנציאל הקוונטי במערכת קלאסית
בזאת איששו החוקרים תופעות מדעיות שנחזו עד כה רק באופן תיאורטי
- מדעים מדויקים
חוקרים מאוניברסיטת תל אביב ומאוניברסיטאות בארה"ב ובגרמניה, הצליחו למדוד בפעם הראשונה מסלולי בוהם (Bohm trajectories) ואת הפוטנציאל הקוונטי (Quantum Potential) במערכת קלאסית, תופעות שנחזו עד היום באופן תיאורטי ונמדדו באופן חלקי בלבד. התגלית המדעית התאפשרה במסגרת מחקר שבחן את דינמיקת ההתפשטות של חבילות של גלי כבידה משטחיים על פני מים, על ידי מדידתם לאורך בריכת גלי מים באורך 18 מטרים. גלים אלה מקיימים את משוואת היסוד של תורת הקוונטים, משוואת שרדינגר, ולכן מאפשרים למדוד תופעות גליות המוכרות מתורת הקוונטים במערכת קלאסית.
צוות החוקרים כולל את מר גאורגי גרי רוזנמן, דוקטורנט מבית הספר לפיזיקה באוניברסיטת תל אביב, פרופ' דניס בונדר מאוניברסיטת טוליין שבארה"ב, פרופ׳ וולפגנג שלייך מאוניברסיטת אולם שבגרמניה, פרופ׳ לב שמר מבית הספר להנדסה מכנית מאוניברסיטת תל אביב ופרופ׳ עדי אריה מבית הספר להנדסת חשמל ומופקד הקתדרה לננו-פוטוניקה ע"ש מרקו ולוסי שאול. המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי Physica Scripta.
איור 1 - חלק עליון: תיאור סכימטי של המערכת הניסיונית למדידת גלי כבידה משטחיים על פני מים וחילוץ מסלולי בוהם והפוטנציאל הקוונטי. חלק תחתון: (a) צילום חזית של הבריכה בה נוצרים הגלים. (b) מחוללי הגלים הנשלטים על ידי מחשב. (c) חיישנים המודדים את גובה פני המים.
עושים גלים
תאוריית דה ברוגלי-בוהם (De Broglie–Bohm theory), הידועה גם בשם מכניקה בוהמית, מתארת את ההתפתחות של פונקציית גל של חלקיק קוונטי במרחב ובזמן על ידי סדרה של מסלולים מוגדרים (הקרויים מסלולי בוהם) שהחלקיק נע באחד מהם. מסלולים אלה נקבעים על ידי משוואת תנועה התלויה בפונקציית הגל ההתחלתית. באופן שקול, ניתן להגדיר פוטנציאל קוונטי שמגדיר את התפתחות פונקציית הגל. התאוריה נקראת על שמם של לואי דה ברוגלי (1892–1987) ודייוויד בוהם (1917–1992) והוצעה על ידם על מנת להסביר את התופעות הנמדדות בפיסיקה קוונטית.
איור 1 - ימין: מדידות ניסיוניות של ניסוי שני הסדקים ומסלולי בוהם שנמדדו (פסים שחורים). המימוש של הסדקים נעשה בתחום הזמן, על ידי יצירת שני פולסים של גלי כבידה משטחיים, בזמנים (t=-4, +4 sec). ניתן לראות את ההתפתחות של מסלולי בוהם לאורך בריכת הגלים (ציר X). יש אזורים שאף מסלול לא חוצה אותם, ועוצמת הגל שתימדד בהם תהיה אפס. הסיבה לכך היא שנוצרת באזורים אלה התאבכות הורסת. לעומתם, יש אזורים שבהם יש צפיפות גבוהה של מסלולי בוהם, ובהם עוצמת הגל מקסימלית (כתוצאה מהתאבכות בונה). איור 2 - שמאל: מראה את הפוטנציאל הקוונטי. הגל נע רק ב'עמקים' (כלומר באזורים שבהם הפוטנציאל נמוך) ולא מגיע ל'הרים' (כלומר לאזורים שבהם הפוטנציאל גבוה).
חלון חדש להבנת הדינמיקה של גלים
בעוד שתאוריית דה-ברוגלי-בוהם פותחה עבור תיאור של מערכת קוונטית, הניסוי שבוצע עוסק במערכת קלאסית של גלי כבידה משטחיים על פני מים, אך כאלו שמקיימים את משוואת שרדינגר. לפיכך, צוות החוקרים זיהה כי ניתן ליישם את תאוריית דה ברוגלי-בוהם כדי לבחון באופן נסיוני את מסלולי בוהם ואת הפוטנציאל הקוונטי, אבל בהתקן גדול שניתן לראותו בעין. בניסוי מיוצרים גלי כבידה משטחיים בבריכה באורך של 18 מטרים, שמתנהגים באופן דומה לגלי חומר זעירים בעולם הקוונטי וכך החוקרים הצליחו למדוד במערכת מקרוסקופית תופעות שנחזו במקור למערכות קוונטיות.
בפרט, ניתן לראות בניסוי שחזור מלא של מסלולי בוהם של הניסוי המפורסם של עקיפת חבילת גלים דרך שני סדקים. המימוש של הסדקים נעשה בתחום הזמן על ידי עירור שני פולסים של גלי כבידה משטחיים במישור הכניסה של בריכת הגלים, ולאחר מכן נמדדה ההתפתחות של פונקציית הגל לאורך הבריכה, וממנה נקבעו מסלולי בוהם והפוטנציאל הקוונטי. המערכת הניסיונית שימשה גם למדידת חבילות גלים אחרות כגון חבילת גלים הנוצרת מעקיפה של שלושה סדקים, וחבילת גל שצורתה פונקציית איירי (Airy). מעבר לאישוש התיאוריה של בוהם לגלים קוונטים ומסלולי בוהם, ניסויים אלו פותחים חלון חדש לקראת הבנת הדינמיקה של סוגים שונים של גלים קלאסיים, לרבות גלים אלקטרומגנטיים, פלזמה, אקוסטיים ועוד. מסלולי בוהם מאפשרים להמחיש בצורה ויזואלית כיצד גלים אלה מתפתחים במרחב ובזמן ונותנים הבנה אינטואיטיבית לתופעות של התאבכות בונה והורסת של גלים אלה.
