מחקר חדש של הדוקטורנט לשעבר רון שנפ, מבית הספר להנדסה מכנית בא לגשר על הניגוד החד המתקיים בין הזרימות האידאליות לבין הזרימות שמאפיינות את העולם האמיתי.
תחומים:
בחר הכל
משפטים
מאסטר-טראק
כללי
הנדסה
חיי הקמפוס
ASV
מערכות קוונטיות
תחבורה חכמה
רכב אוטונומי
קול קורא
מכונת הנשמה
COVID-19
מטא-חומרים...
הנדסת תעשייה
הנדסת חשמל
הנדסה מכנית
אולטרה-סגול
אולטרה-סגול
RoboBoat
MRI
קטגוריות:
בחר הכל
פרס
אירוע
ברכות
כנס
מחקר
מחקר בפקולטה
מינוי
פוקוס
חדשות
NEWS
מה מעניין אותך?
מחקר
02.05.2021
כיצד ניתן לגשר על הפערים בין טורבולנציה במעבדה ומחוצה לה?
- מחקר
- בוגרים ובוגרות
- הנדסה מכנית
מאז ראשית שנות ה-2000, אנו עדים להופעתו של גל מחקר אמפירי העוסק בזרימה טורבולנטית, הנובע מהתפתחותן של יכולות חישוביות ומערכות מדידה חדשניות. מבין הנושאים שהתפתחו באופן המשמעותי ביותר ניתן למנות את התיאור הלגראנז'י של טורבולנציה (מסגרת מתמטית לתיאור שדות זרימה), אשר במסגרתו התכונות הסטטיסטיות של הזורם מתוארת לאורך מסלוליהם של חלקיקי זורם אידיאליים.
להתפתחותה של המסגרת הלגראנז'יאנית יש השלכות מעשיות משמעותיות, וביניהן היכולת לתאר ולמדל הסעה ופיזור באופן טבעי יותר, בזכות המעקב אחר תנועת הזורם. אכן, פיתוחה של המסגרת הלגראנז’יאנית מסייע לפתרון בעיות כגון חיזוי התפשטותם של כתמי נפט בים, או ריכוז זיהום האוויר בסביבה העירונית ועוד. בהתאם לכך, גל המחקר החדש, אשר נעזר בניסויים ובסימולציות מורכבים שנערכו תחת תנאים אידיאליים, הוליד תגליות פורצות דרך בדבר המנגנונים השוכנים בליבה של הטורבולנציה, החל משבירת סימטריה ועד למורפולוגית שדה הזרימה בסקאלות שונות, החל מפיזור של קבוצות חלקיקים ועד לאינטרמיטיות של הסקאלות הקטנות וכן הלאה.
עם זאת, נראה כי ישנם גורמים אשר מקשים על יישומן של תגליות אלה לצורך פתרונן של בעיות אשר ניצבות בפני מהנדסים ב"עולם האמיתי". לרוב, מחקרים התמקדו בזרימות אידיאליות או "נקיות" מדי מכדי לייצג את הזרימות הקיימות בטבע ובתעשייה. באופן ספציפי, תכונותיהן הסטטיסטיות של הזרימות הנבדקות במחקרים האלה הן לרוב הומוגניות, איזוטרופיות ולא משתנות בזמן, מה שאינו נכון לגבי זרימה טורבולנטית המתקיימת מחוץ למעבדה. עקב הניגוד החד המתקיים בין הזרימות האידאליות לבין הזרימות שמאפיינות את העולם האמיתי, לא ברור אם ניתן ליישם את התגליות החדשות לשם פתרון אותן בעיות משמעותיות הניצבות בפני מהנדסים, או כיצד.
מגשרים בין שני העולמות
במחקר, ניסו החוקרים מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב בשיתוף עם החוקרים מהמכון הביולוגי - ד״ר ירדנה רביב-בוחבוט וד״ר אייל פטל, לגשר על הפער בין שני העולמות האלה. "לשם כך, ערכנו מדידות לגראנז'יאניות בזרימה שמחקה את חלקה התחתון של שכבת הגבול האטמוספרית, אזור בו מתרחשת אינטראקציה בין הזרימה ובניינים או עצים, בתוך מנהרת רוח סביבתית גדולה" מסביר רון.
בתמונה: מנהרת הרוח הסביבתית במכון הביולוגי
המדידות, שבוצעו תוך שימוש במערכת מדידה חדשנית שפותחה במעבדה לחקר מבנה זרימה טורבולנטית של פרופ' אלכס ליברזון, מהוות מאגר מידע חסר תקדים. תכונותיה של הזרימה הזאת, המכונה זרימת קנופי (canopy flow), הן מאוד לא הומוגניות ולא איזוטרופיות, ולכן היא היוותה עבורנו קרקע פוריה כדי לבחון את תוקפן של התגליות החדשות. מוסיף ומסביר רון "למרבה ההפתעה, תוצאות הניסוי שלנו חשפו את קיומו של עולם פנימי נוסף - למרות שזרימת הקנופי שלנו הייתה כלל לא הומוגנית ולא איזוטרופית, הבחנו שכשאנו מצמצמים את טווח הסקאלות שאותן אנו בוחנים (על ידי בחינת השינויים החלים במהירות הזורם במקום המהירות עצמה), התכונות הסטטיסטיות הלגראנז'יאניות של הזרימה נראות כהומוגניות ואיזוטרופיות בקירוב טוב. כל בדיקה שערכנו איששה את התגלית שלנו, גם עבור חלקיקים בודדים וגם עבור קבוצות של חלקיקים הנעים בו-זמנית. התכונה הזאת של הזרימה, שנקראת איזוטרופיה לוקאלית, היא בעלת חשיבות מכרעת לאופן שבו אנו מבינים את הדינמיקה הלגראנז'יאנית בזרימות לא אידיאליות. למעשה, התגלית שלנו מוכיחה כי הממצאים שעלו מניסויים שבחנו זרימות "נקיות" במעבדה תקפים גם לזרימות מסוימות בעלות טורבולונציה חזקה המתקיימות בעולם האמיתי".
פרסומים בכתב עת
"לאחרונה, כתב העת "Journal of Fluid Mechanics" הכיר בחשיבותן הרבה של התגליות שלנו, ועסק בהן בהרחבה במסגרת מדור "Focus on Fluids" [1]. בנוסף לכך, המחקר שלנו מהווה את אותו גשר אשר חיפשנו ומספק בסיס לפתרון בעיות מורכבות כמו חיזוי התפשטותם של זיהום אוויר או פתוגנים באטמוספרה, ומכאן נובע ערכו האמיתי" מסכם רון.
מי אתה רון?
רון שנפ סיים לא מזמן דוקטורט במעבדה של פרופ' אלכס ליברזון במסלול דוקטורט ישיר (ממסלול מסטר ישיר ואחרי הצטיינות דקאן רב שנתית). היום הוא פוסטדוק במכון ויצמן. זכה לאחרונה במלגת רוטשילד ונוסע לציריך לפוסטדוק יוקרתי ב ETH Zurich.
"לאחרונה פרסמנו מספר מאמרים משמעותיים בנושא של זרימה אוויר באזורים עירוניים, בשיתוף עם המכון הביולוגי לישראל. למכון יש מנהרת רוח סביבתית חדשה ואנחנו גאים להיות הראשונים שמבצעים שם ניסויים. חשוב לציין כי המחקר נתמך על ידי קרן פזי של הועדה לאנרגיה אטומית. אבל כל זה רק הרקע לסיפור - רון פרסם לאחרונה מאמר של מחבר בודד בעיתון הכי חשוב בתחום "מכניקת זורמים" במסלול המהיר שלהם rapids. זהו כבוד גדול לאחד מהבוגרים המוצלחים שלנו בתחום מחקר מאד משמעותי לאיכות חיינו ולשינוי האקלים" מסכם בגאווה פרופ' ליברזון.
קישורים למאמרים
- קישור למאמר Lagrangian turbulence in the woods במזגין Focus on fluids
- קישור למאמר החדש On small-scale and large-scale intermittency of Lagrangian statistics in canopy flow במזגין Journal-of-fluid-mechanics
אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון
מחקר
27.04.2021
חוקרים מהנדסה בשיתוף עם חוקרים מהפקולטה לרפואה הראו כי הווריאנט הבריטי מדבק ב-
המחקר הסתמך על נתונים מכ-300,000 בדיקות קורונה
- מחקר
- הנדסת תעשייה
מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב מגלה כי הווריאנט הבריטי מדבק ב-45% יותר מהנגיף המקורי. החוקרים הסתמכו על נתונים שהתקבלו מכ-300,000 בדיקות קורונה שבוצעו במעבדה לניתוח בדיקות PCR, שהוקמה בקמפוס בשיתוף קבוצת אלקטרה.
את המחקר החדש ערכו פרופ' אריאל מוניץ ופרופ' מוטי גרליץ מהמחלקה למיקרוביולוגיה ואימונולוגיה בפקולטה לרפואה ע"ש סאקלר יחד עם ד"ר דן ימין והדוקטורנט מתן יחזקאל מהמעבדה לחקר התפשטות מגפות במחלקה להנדסת תעשייה באוניברסיטת תל אביב. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת החשוב Cell Reports Medicine.
מעבדת Electra-TAU נפתחה במרץ 2020, מיד עם פרוץ הגל הראשון של המגפה בישראל, ועד כה, ערכה מאות אלפי בדיקות שנאספו מכל רחבי הארץ. הבדיקות הגיעו לאוניברסיטת תל אביב ממתחמי "היבדק וסע" (דרייב-אין) שנפתחו לאוכלוסייה הכללית, וכן מתוכניות ייעודיות כגון מבצע "מגן אבות ואימהות" לבדיקות קורונה שגרתיות בקרב אוכלוסיות בסיכון, כמו בתי אבות.
פרופ' אריאל מוניץ מסביר: "אנחנו משתמשים בערכה שבודקת שלושה גנים ויראליים. בווריאנט הבריטי, הידוע גם בשם B.1.1.7, אחד משלושת הגנים הללו, גן ה-S, נמחק כתוצאה מהמוטציה. באופן הזה יכולנו לעקוב אחר התפשטות הווריאנט באוכלוסייה גם מבלי לערוך ריצוף גנטי". לדבריו מהנתונים שהתקבלו במעבדה עולה כי ההתפשטות של הווריאנט הבריטי הייתה מהירה ביותר: ב-24 בדצמבר 2020 רק 5% ממקרי ההדבקה המאומתים בקורונה היו של הווריאנט הבריטי. בתוך שישה שבועות, בינואר 2021, הווריאנט הזה היה אחראי ל-90% מהדבקות הקורונה בישראל. היום הנתונים מצביעים על 99.5%. "על מנת להסביר את העלייה הדרמטית, ערכנו השוואה בין מקדם ה-R של וירוס ה- SARS-CoV-2למקדם ה-R של הווריאנט הבריטי. כלומר שאלנו את עצמנו: כמה אנשים בממוצע מדביק כל אדם שנדבק בווריאנטים השונים? ומצאנו כי הווריאנט הבריטי מדבק ב-45% יותר – כמעט פי 1.5".
בשלב השני, החוקרים פילחו את ההדבקה לפי קבוצות גיל. התוצאות הראו שנקודת שינוי המגמה בתחלואה אצל אוכלוסייה מעל גיל 60 בהשוואה ליתר קבוצות הגיל התרחשה לאחר שבועיים מקבלת החיסון הראשון בקרב 50% מבני ה-60 ומעלה בישראל. "עד חודש ינואר ראינו תלות ליניארית של כמעט 100% בין קבוצות הגיל השונות בתחלואה חדשה לאלף איש", מספר ד"ר דן ימין. "שבועיים אחרי ש-50% מבני ה-60 ומעלה קיבלו את מנת החיסון הראשונה, המגמה נשברה באופן חד ומובהק. במהלך ינואר חלה ירידה דרמטית במספר המאומתים בני ה-60 ומעלה, לצד המשך עלייה במספר המאומתים של יתר האוכלוסייה. במילים פשוטות, מכיוון שמעל ל-90% מנפטרי הקורונה הינם מעל גיל 60, ניתן לומר שהחיסון חסך תמותה של מאות אנשים – אפילו בטווח הקצר".
יתרה מכך, המחקר החדש מוכיח כי ניטור אקטיבי באוכלוסיות בסיכון עובד. "יש ערך סף שלפיו מחליטים אם בדיקה היא חיובית או שלילית", אומר פרופ' מוניץ. "ככל שהערך הזה נמוך יותר, הדבר מעיד על עומס נגיפי גבוה יותר. כאשר השווינו את ערכי הסף של הגנים השונים בקרב אוכלוסיות בני ה-60 ומעלה מבתי האבות אל מול הערכים המתקבלים מבני ה-60 ומעלה באוכלוסייה הכללית, ראינו שערכי הסף בבדיקות שנדגמו מבתי האבות היו גבוהים יותר באופן משמעותי. פירושו של דבר שהעומס הנגיפי היה נמוך יותר בבתי אבות בהשוואה לשאר האוכלוסייה.
מאחר שבבתי אבות מבצעים בדיקות שגרתיות, לעומת בדיקות באוכלוסייה הכללית שנערכות לרוב כאשר מישהו לא מרגיש טוב או בא במגע עם חולה מאומת, אנחנו מסיקים שניטור מתמיד של אוכלוסייה בסיכון – עובד. חשוב להדגיש: העומס הנגיפי הנמוך יחסית בבתי האבות נצפה למרות שהווריאנט הבריטי החל להתפשט בתקופה ההיא בכלל האוכלוסיות. לפיכך, אנחנו מראים שניטור של בתי אבות, יחד עם מבצע חיסון המתמקד באוכלוסיות פגיעות תחילה, חוסך תחלואה ותמותה".
ד"ר ימין מסכם: "בגלל הצפיפות, משקי הבית הגדולים והתפלגות הגילאים באוכלוסייה בישראל, לקורונה תנאים נוחים יותר להתפשט אצלנו מאשר במרבית מדינות המערב. הבשורה שלנו לעולם היא שאם בתנאי הפתיחה הקשים שלנו זוהתה המגמה, בשאר מדינות המערב בוודאי ניתן לצפות לשבירת העקומה ולירידה דרמטית בתחלואה הקשה ובתמותה כבר לאחר חיסון של 50% מהאוכלוסייה המבוגרת, לצד קיום בדיקות ייעודיות במרכזי הסיכון – וזאת למרות שהווריאנט הבריטי מדבק כל כך".
אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון
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
"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".
אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון
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".
אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון
