6 הבטחות מישראל

הפרופסור שייעל את ההתפלה של מי תהום

פרופ' מתי סאס מהפקולטה להנדסת מכונות בטכניון הוא אחד החוקרים הבולטים בעולם העוסקים בשיטה להתפלת מים בשם Capacitive Deionization. השיטה שזוכה כיום לפופולריות גוברת אחרי שנים שהמתינה על המדף, מפרקת את אטומי המלח במים באמצעות זרם חשמלי המועבר דרך אלקטרודות, ומאפשרת התפלה של מקורות מים בעלי ריכוז מלח נמוך כמו מי תהום, אגמים ונהרות. יתרונה הגדול - היא זולה משמעותית מהתפלת מי ים.

פרופ' מתי סאס צילום: עמית שעל

סאס היגר עם הוריו לקנדה כשהיה בן חמישה חודשים ומגיל צעיר התבלט בהישגיו המדעיים. בגיל 19 כבר החל את לימודי התואר הראשון שלו בהנדסת מכונות באוניברסיטת מקגיל במונטריאול ובגיל 26 סיים תואר שני באוניברסיטת סטנפורד בקליפורניה באותו התחום. אחרי שהשלים גם דוקטורט בסטנפורד ופוסט דוקטורט ב-MIT, סגר מעגל וחזר לישראל עם אשתו ושני ילדיו בספטמבר 2014, כשגם הוריו שבו לארץ בעקבותיו. מאז חזר לישראל הוא מנהל כפרופסור-משנה את המעבדה לאנרגיה אלקטרוכימית בטכניון.

"80% מהמים שמותפלים כיום בארצות הברית לא מגיעים מהים, כך שלשיטה יש הרבה פוטנציאל", אומר סאס. "אל מקומות שרחוקים מהים צריך לשנע מים מותפלים בעלות גבוהה. ה־Capacitive Deionization פותחה כבר בשנות השישים, אך רק בעשר השנים האחרונות התחילו ממש להתעניין בה. אני סבור שיידרשו עוד 10–20 שנה עד שהטכנולוגיה תהיה ישימה. יש לנו עוד הרבה עבודה".

העבודה של סאס מתרכזת בבחינת השפעת החומר שממנו עשויות האלקטרודות על יעילות התהליך. "לאחרונה מצאנו שאם מגדילים את שיעור הפחמן באלקטרודות מ־20% ל־50%, הן מפרידות את המלחים מהמים מהר יותר", מספר סאס.

השיטה הנפוצה המשמשת להתפלת מי ים היא האוסמוזה ההפוכה, שבה המים מסוננים בלחץ דרך קרום סינתטי בררני (ממברנה). "השיטה הזו טובה מאוד למים שבהם ריכוז המלח גבוה, אך עלותה גבוהה כי מחיר הממברנות 500 דולר למטר. בריכוז מלחים נמוך יותר השיטה שלנו מפחיתה את עלות התהליך", מסביר סאס.

לשיטה שלו יש יתרון משמעותי נוסף: מספיק מתח נמוך במיוחד, שיכול להיות מופק אפילו מאנרגיה סולארית, כדי להפריד בין המים למלח. "יש שיטה חשמלית נוספת ששמה אלקטרו־דיאליזה וגם בה יש פירוק כימי, אך היא דורשת מתח חשמלי גבוה. בשיטה שלנו המים לא מפורקים למולקולות ולכן היא זולה יותר". לדברי סאס, כמה סטארט־אפים בארצות הברית, הולנד וסין מנסים ליישם את שיטת ההתפלה החדשה בשטח.

אופיר דור

כתבות נוספות בפרויקט

המשבר של הלימודים הכלכליים

מרד הסטודנטים לכלכלה עדיין לא הביא לתוצאות

האוניברסיטה של החיים הדיגיטליים

לצאת מהסטגנציה 

מגלף עם המחשב ועדיין נוגע בחומר

ד"ר עמית צורן מבית הספר להנדסה באוניברסיטה העברית הוא מהנדס, יוצר וחוקר מחשבים, שעוסק בקשר בין בני אדם, טכנולוגיה ואמנות. צורן מנסה ליצור מערכות חכמות, "היברידיות" כהגדרתו, שמסוגלות לאפשר לבני אדם ליצור אמנות עם כל היתרונות של הטכנולוגיה המודרנית, אבל בלי האפקטים המשתקים שלה.

ד"ר עמית צורן צילום: עומר מסינגר

לדבריו, "בעבר, לפני המהפכה התעשייתית, הכלים היו כלים ידניים. התהליך העיצובי והיצירה עצמה היו מאוד משולבים זה בזה. המהפכה שינתה את זה, ניתקה אותנו ממגע ישיר מהחומר. אחר כך, אחרי המהפכה הדיגיטלית, אנחנו כבר לא נוגעים בחומר".

הפתרון, אומר צורן, נמצא בעולם המתפתח של המייקרים - קהילה של יוצרי גאדג'טים חובבים, מהנדסים ואוהבי מדע שמשתמשים בכלים פשוטים ומחשבים זעירים כדי ליצור המצאות מרגשות ומעניינות.

"אני והקולגות בעולם המייקרים רוצים להביא את הטכנולוגיה לידי האנשים, לאפשר להם ליצור ולגעת", הוא אומר ומספר על הפרויקט שלו — מכונת חריטה וגילוף מתקדמת שמאפשרת גם לאנשים ללא כל ידע אמנותי או טכנולוגי להתחיל לעבוד עם החומר. היתרון? המחשב בהתחלה יודע מה האדם מנסה ללמוד, ויכול להציע לו מה לעשות או לעצור אותו מלעשות טעויות קשות. אבל בסופו של דבר האדם לומד כיצד לעבוד עם החומר ואף כיצד לנטרל את ההתראות של המחשב ולתת לו לעבוד כרצונו. המחשב בעצם חוזר להיות רק כלי, רשת ביטחון המאפשרת לנו ללמוד.

לדברי צורן, "אלו כלים מאוד פשוטים שמאפשרים גם לאדם לא מיומן ליצור משהו עם כלים ידניים, בלי שלקחנו ממנו את המגע עם החומר. אני רוצה את האדם והמכונה יחד מעורבים בכל התהליך, אני רוצה שיח".

צורן למד ב־MIT, לפני שחזר ארצה להמשך המחקר שלו. אף שהעבודה שלו יכולה להיראות מבחוץ כאנטי־טכנולוגית - ביקורת שהוא עצמו פוסל על הסף - הוא אומר שבישראל ההייטקיסטית וממוקדת המטרה הוא התקבל בידיים פתוחות. "אחד היתרונים הגדולים של ההייטק הישראלי הוא שיש כאן ראש פתוח והרבה יצירתיות. יוצאים מכאן הרבה דברים מעניינים ומגוונים. יש לי אופטימיות רבה לגבי היכולת של ההייטק הישראלי לקבל רעיונות חדשים".

הראל עילם

החוקרת שבודקת איך שוקולד הופך לחוויה

את שמה של ד"ר ליעד מודריק אולי תזהו מהקריירה הרדיופונית, אבל היום היא עסוקה בניסיון להבין כיצד המוח שלנו מייצר מודעות ובשביל מה היא קיימת.

השאלה כיצד נולדת החוויה המודעת מתוך הפעילות המוחית העסיקה חוקרים רבים בעולם לאורך ההיסטוריה, אך טרם נמצא לה פתרון. ישנם פילוסופים הסבורים שזהו פרויקט שנועד לכישלון, מכיוון שבמודעות יש פן סובייקטיבי אישי שחייבים לחוות. לדוגמה, חוקרת של ראיית צבע, שבעצמה היא עיוורת צבעים, הצליחה לאסוף את כל המידע הפיזיקלי בעולם על ראיית צבע, אך מעולם לא ראתה את הצבע האדום - האם היא יכולה להבין לגמרי את חוויית המודעות של ראיית צבע? הפילוסוף פרנק ג'קסון יגיד שלא, מכיוון שחלק גדול מההבנה הוא החוויה עצמה. כלומר, יש קפיצה מהפיזיקלי למנטלי, כך שיש פער הסברי בלתי ניתן לגישור. למרות זאת מודריק, בעלת דוקטורט בפילוסופיה ודוקטורט בפסיכולוגיה ומדעי המוח, לא נרתעת מהמשימה - להבין את חוויית המודעות האנושית.

ד"ר ליעד מודריק צילום: עמית שעל

את הדוקטורטים שלה בפילוסופיה ובפסיכולוגיה ומדעי המוח עשתה מודריק באוניברסיטת תל־אביב. לאחר שפרסמה מאמר על הניסוי שערכה, פנה אליה פרופ' כריסטוף קוך, אחד החוקרים החשובים בתחום, והיא נסעה לשנתיים וחצי לארה"ב לפוסט־דוקטורט באוניברסיטת קלטק (המכון הטכנולוגי של קליפורניה).

"בשום שלב לא חשבתי להישאר שם", אומרת מודריק, "רציתי שהבת שלי תתחיל כיתה א' בישראל. ברור שהבית שלי והמשפחה שלי פה. ברמה המקצועית, אמנם יש שם הרבה אפשרויות מחקר ותקציבים גדולים יותר, אבל אחד הדברים שבלטו לי הם שהאיכות האנושית של הסטודנטים בקלטק ובישראל ממש לא שונה. הסטודנטים שלנו פשוט מעולים. זה שיש לי הרבה כסף למחקר זה נחמד, אבל מאוד חשוב שיש סטודנטים מעולים, אחרת לא יכול להיות מחקר מעולה".

שאלה נוספת שמעסיקה את מודריק במחקרה היא מהי הפונקציה של המודעות, לשם מה היא קיימת. לדוגמה, כשמכניסים לפה קוביית שוקולד, מרגישים תחושה חזקה של הטעם שלו. באופן תיאורטי אנחנו יכולים לזהות שמדובר בשוקולד, גם בלי החוויה החזקה של טעם השוקולד, אך למעשה אנחנו לא רק מזהים את הטעם, אלא גם מייצרים חוויה. השאלה ששואלת מודריק היא מהו תפקידה של החוויה הזו.

לדבריה, "המטרה היא להבין את היכולות המופלאות ביותר של בני האדם, אבני הבסיס של החשיבה - כלומר את הקשרים בין המושגים לבסיס של החוויה המודעת, שהיא אולי הדבר הכי מוכר לנו, אך גם התופעה שאנחנו הכי פחות יודעים להסביר. השאלות שמעניינות אותנו כחוקרים הן כיצד החוויה המודעת מתרחשת במוח, מה הפונקציה שלה וגם מה הקשר בין המודעות של שני אנשים שונים. זה ניסיון לבודד שני מרכיבים שהם מרכיבי מפתח בהוויה האנושית".

אנחנו מעבדים מידע כל הזמן בצורה לא מודעת, ובכל זאת ישנם עיבודי מידע שאנחנו עושים בצורה מודעת. "השאלה היא אם יש איזשהו הבדל איכותי בין העיבוד שאפשר לעשות עם המודעות לזה שנעשה בלעדיה", היא אומרת. אחת הטענות בתחום היתה שהיכולת לבצע אינטגרציה - קשרים בין מושגים או אובייקטים, כמו קשר בין בננה לתפוח או בין איש זקן לשקיעה - היא משהו שמחייב מודעות. זאת מכיוון שמודעות הולכת יד ביד עם פעילות רחבה במוח שמאפשרת קשרים חוזרים ואינטראקציות בין חלקים שונים במוח, שלא קיימת בעיבוד לא מודע.

מודריק הצליחה להראות שאמנם למודעות יש תפקיד באינטגרציה, אך היא לא הכרחית לכך. בניסוי שערכה היא הראתה לנבדקים תמונות של סצנות ובהן יש גירוי רגיל וגירוי מוזר, למשל אדם ששותה מים, אך מחזיק חציל במקום בקבוק. התמונות הוצגו לנבדקים במהירות כזו שהם לא רואים אותן - כלומר, בחוויה שלהם הם ראו רצף של תמונות אך אין להם מושג מה היה שם. מודריק הראתה כי אף שלנבדקים לא היה מושג מה ראו, התמונות השפיעו על התנהגותם, והביצועים שלהם במשימות שלאחר מכן נעשו אטיים יותר. זה מראה שמשהו בכך שמדובר בתמונה מוזרה תפס את הקשב ופגע ביכולת לבצע משימה שנייה, אף שהנבדקים לא ראו את התמונה באופן מודע.

מעין מנלה

הדוקטורנט שפיצח את חידת הסרטן הנעלם

צוללנים מנוסים מכירים את התופעה הזו: נקודות אור צבעוניות מרקדות בלב הים. רבים חושבים כי מדובר באשליה אופטית, אך זו תוצאה של מנגנון מרתק של סרטן ימי זעיר בשם ספיר הים (Sapphirinidae). אף שגודלו מילימטרים בודדים, הוא ניחן ביכולת מרשימה: הוא מסוגל לא רק להאיר את הים בשלל צבעים, אלא גם להיעלם כאילו צויד במתקן הסוואה מתקדם.

הדוקטורנט דביר גור מהפקולטה לכימיה במכון ויצמן, יחד עם כמה פרופסורים, הצליח לפצח את אחת השאלות הפתוחות המרתקות בביולוגיה הימית: כיצד ספיר הים משנה את צבעו ונעלם? יתרה מזאת, גור גם הניח אבן יסוד למחקר שעשוי להוביל לפיתוח טכנולוגיות אופטיות חדשניות כמו מסכים דקים וזולים מאי פעם, סיבים אופטיים מתקדמים ואף יכולת הסוואה.

ד"ר דביר גור צילום: עמית שעל

גור מסביר שכדי להבין את התופעה, צריך לחשוב קצת אחרת על הצבע שאנחנו רואים. אנחנו רגילים לראות חומרים בעלי פיגמנט שמחזירים אלינו תדר אור מסוים, אולם יש שיטה נוספת ליצירת צבע באמצעות תופעה פיזיקלית שמסננת חלק מתדרי האור. "זה מה שהופך, למשל, קשקשי דגים לכסופים", הוא אומר, "הקשקשים אינם צבועים בפיגמנט כסוף, אלא גבישי הקולגן שבהם מפזרים את האור בצורה ספציפית, שאנחנו קולטים ככסף".

ספיר הים מוגן בשיריון ציטין שקוף, אולם מתחתיו יש לוחות של גואנין, אחת מארבע חומצות האמינו המרכיבות את הדנ"א. גואנין הוא חומר גבישי, וכשהאור עובר דרכו, הוא מוחזר בתדר אחיד, כך שכל הסרטן בוהק בצבע מסוים. רק לזכרים יש לוחות כאלה, ובאמצעותם הם מחזרים אחר הנקבות, משדרים את מיקומם, ובמקרה סכנה הופכים לבלתי נראים.

על ידי שינוי תנועת הגוף לעומת אור השמש הסרטן יכול לשלוט בצבע שהוא פולט, ואפילו לשדר תדר שהוא מחוץ לטווח הראייה, מה שהופך אותו בפועל לבלתי נראה. את השיטה המדהימה הזאת ינסו עתה החוקרים לאמץ לשימושים אנושיים יותר.

גור עומד להיעלם בעצמו בעוד שנה, כשייצא עם אשתו לעשות פוסט־דוקטורט בחו"ל, אולם הוא בטוח שיחזור. "אני לא רואה את עצמי חי בשום מקום אחר", הוא אומר, אך מסביר שבתחומו חשוב לצבור ניסיון בחו"ל ולהכיר את טכניקות המחקר ברחבי העולם.

הראל עילם

בנבכי קליפת המוח לפתרון חידת ההתמכרות

"יש שאלה שכולם שואלים אותי", אומר ד"ר יוני קופצ'יק, ואינו מתכוון למחקר שלו שחשף דמיון נוירולוגי בין השמנת יתר ובין התמכרות לקוקאין. "מה היה לך רע באמריקה? למה חזרת לארץ?". בשלהי צוק איתן חזר קופצ'יק עם אשתו מאיה ובנם הבכור מהפוסט־דוקטורט באוניברסיטה הרפואית של דרום־קרוליינה בצ'רלסטון, שבה נמצאת אחת המעבדות המובילות בעולם בחקר התמכרות. "היה לנו ברור שנחזור", ממשיך־משיב קופצ'יק. "זה נשמע כמו קלישאה, אבל אנחנו ציונים. זאת הסיבה שהוריי עלו לארץ, וחשוב לנו שהילד ילמד כאן. מערכת החינוך וההשכלה הגבוהה של ישראל טיפחה אותי, ורציתי לתת למדינה בחזרה, לפתח את החוקר הבא. ישראל צריכה אנשים כמוני, ואני לא היחיד שחושב כך. על המקום שלי באוניברסיטה התמודדו כ־40 אנשים. מדברים על בריחת מוחות, אבל החוקרים הישראלים רוצים לחזור, רק שאין מקום לכולם". המסלול שהוליך את קופצ'יק למעבדה שבראשה הוא עומד במחלקה לנוירוביולוגיה רפואית בפקולטה לרפואה באוניברסיטה העברית, החל בנווה יעקב ובפסגת זאב שבירושלים, לשם הגיעו הוריו מארגנטינה בשנות השבעים. "הייתי תלמיד מצטיין, אבל לא בכיתת מחוננים ולא מצטיין דקן. לא סימנו אותי. פשוט ידעתי שאני רוצה להיות חוקר". בצבא שירת במצ"ח. "בדיעבד שמתי לב שכבר שם היתה לי אינטראקציה עם משתמשים בסמים. אולי שם התחלתי לשאול איך תאים במוח מייצרים התנהגות".

ד"ר יונתן קופצ'יק צילום: עומר מסינגר

קופצ'יק חוקר את מערכת התגמול המוחית, ובעיקר את המקרים שבהם היא מאבדת שליטה בשל התמכרות. מערכת התגמול היא שגורמת לנו לפעול כשהיא מקשרת בין השאר בין קליפת המוח הקדם־מצחית, שאחראית על קבלת החלטות, ובין אזורים שיוצרים תחושת הנאה.

"ההתנהגות שלנו מוכוונת תגמול: כשאדם עושה פעולה הוא מניח שהיא תועיל לו", מסביר קופצ'יק. "בהתמכרות המערכת יוצאת מאיזון, ועל המכור נכפית התנהגות שפוגעת בו. הוא נמצא בחוסר שליטה ועסוק רק בהשגת הסם. הנקודה המעניינת היא שהמוח כאילו נולד עם מנגנון מוכן להתמכרות".

בצ'רלסטון השתתף קופצ'יק במחקר שאיתר את המנגנון שמפעיל את הדחף הבלתי ניתן לשליטה להשיג את הסם, לפחות אצל חולדות שצרכו קוקאין. באמצעות טכנולוגיית האופטוגנטיקה שמפעילה מסלולים פנימיים בנוירון באמצעות תגובה לאור, זוהתה זירת הפשע: גרעין האקומבנס (accumbens), מרכיב במערכת התגמול המקשר בין המוח למערכת המוטורית. בד בבד החליט קופצ'יק לערוך ניסוי משלו שיבחן את הקשר בין אכילת יתר למערכת התגמול. מבנה הניסוי היה דומה, ואת הקוקאין החליף מזון עתיר סוכר ושומן. אחדות מהחולדות התנהגו כמו מכורות: לחצו בלי הפסקה על הדוושה שסיפקה מזון, זללו והשמינו. קופצ'יק גילה שהמנגנון המוחי שהריץ אותן לדוושה היה זהה למנגנון שהריץ את החולדות המכורות לקוקאין.

"אנשים שסובלים מהשמנת יתר לא אוכלים מתוך רעב. הם מתארים שהם לא יכולים להפסיק לאכול", הוא מסביר. "נהוג לקשר השמנת יתר למטבוליזם או להפרעות אכילה. המחקר שלי הוכיח שלפחות אצל חולדות התופעה קשורה למערכת התגמול. מוקדם לטעון משהו בנוגע לבני אדם, אבל זה כיוון חדש".

החדשנות שכנעה את האוניברסיטה לגייס את קופצ'יק לשורותיה, ועתה הוא מתמודד עם אתגרים חדשים. "חוקר הוא סטארטאפיסט שצריך לשרוד — לגייס חוקרים וכסף מקרנות, אבל לא עוברים הכשרה לזה, אלא פשוט קופצים למים עם עזרה מהסביבה. אני נהנה מזה". החוויה האמריקאית גם מאפשרת לקופצ'יק להתחיל להבין את הייחוד הישראלי. "אני מעריך מאוד את התעוזה. המדענים בארץ מנסים לפרוץ דרך הרבה יותר מבארה"ב, ששם, בהכללה, המחקר צמוד לעבר. בפוסט־דוקטורט הצעתי צעדים שלא נראו לי יוצאי דופן, אך בשבילם היו חריגים. אולי זאת הדרך שלנו לבלוט ולהישאר בחזית המדע כשאין כאן הרבה חוקרים או כסף". וזו סוגיה משמעותית. "קשה להגיע לרמה עולמית בלי כסף", הוא קובע. "בארץ לא רק שאין כסף, אלא שהכל יותר יקר. מכשיר עולה בישראל פי 2.5 מבארה"ב. גם המדע סובל מיוקר המחיה".

אורי תובל

במירוץ להלבנת האלצהיימר והפרקינסון

בגיל 36 ד"ר רעות שלגי מהטכניון עשויה להימנות על החוקרים פורצי הדרך שיחשפו חלק מהתהליכים העומדים מאחורי מחלות ניווניות חשוכות מרפא כמו אלצהיימר, פרקינסון, ALS והנטינגטון. שלגי חוקרת את האופן שבו תאים בגוף מתרגמים מידע גנטי לייצור חלבונים ספציפיים. החלבונים הם החומר הפעיל בתאי הגוף ומבצעים תפקידים קריטיים כמו העברת מסרים מתא לתא, "תקיפת" מזיקים ופירוק חומרים. במהלך עבודת הפוסט־דוקטורט גילתה שלגי מנגנון בקרה שבמסגרתו התא עוצר את ייצור החלבונים השוטף שלו בתגובה לתנאי סביבה קיצוניים כמו מחלות. גורם שמשפיע על המעבר של התא לתוכנית החירום הוא השפרונים, חלבונים שבימים כתיקונם מסייעים לחלבונים אחרים בגוף להתקפל למבנה תלת־ממדי החיוני לתפקודם.

ד"ר רעות שלגי צילום: עמית שעל

"מחלות ניווניות כמו אלצהיימר נגרמות על ידי חלבונים שמאבדים את הקיפול שלהם והופכים לסוג של כדור דביק שיושב בתא כאבן שאין לה הופכין", היא מסבירה. "השפרונים מזהים את אותו כדור דביק ומנסים לפרק אותו. בדרך כלל הם נכשלים ונשארים דבוקים אליו, מה שמעביר את התא למצב חירום ומחמיר את הבעיה". השאלה היא באיזה אופן השפרונים גורמים לסימפטומים של אותן מחלות ניווניות. "אנחנו מנסים להבין את הקשר הזה מהדלת האחורית", אומרת שלגי. "יכול להיות שהשינוי בתוכנית התרגום בתא והמעבר למצב חירום הם שמביאים להחמרת מחלה. בטווח הארוך, להבנה מיטבית של התנהגות התא עשויה להיות תרומה למציאת פתרון לאותן מחלות".לאחר תואר ראשון בביולוגיה ומדעי המחשב באוניברסיטת תל אביב ותואר שני ודוקטורט במכון ויצמן, נסעה שלגי לעשות את הפוסט דוקטורט באוניברסיטת MIT היוקרתית בבוסטון. לפני שנה היא חזרה לישראל, לטכניון. "המוסדות הישראלים נופלים רק בדבר אחד מהאמריקאים, בתקציבי המחקר" היא מספרת. "בארה"ב מסתובבות כמויות אדירות של כסף שכישראלי נשמטת לך הלסת כשאתה רואה. כתוצאה מכך יש מגה פרויקטים שאפשר לעשות רק באקדמיה האמריקאית אבל גם במסגרת אילוצי התקציב הישראלים אפשר לעשות ביולוגיה טובה ולשאול שאלות מעניינות".

אופיר דור