צוות המחקר הצליח לחקות עקרון פעולה של חרקי מים זעירים ולתרגם אותו לתהליך מכני מבוקר שניתן ליישום טכנולוגי


מחקר
צוות המחקר הצליח לחקות עקרון פעולה של חרקי מים זעירים ולתרגם אותו לתהליך מכני מבוקר שניתן ליישום טכנולוגי

טכנולוגיה חדישה של אוניברסיטת תל אביב תאפשר לראשונה בעולם לרובוטים ימיים להרים חפצים זעירים שגודלם קטן ממילימטר. במסגרת המחקר, בנו החוקרים זרוע רובוטית עם ראש מיוחד שהודפס בתלת ממד ואשר יכול לייצב בועות אוויר על מנת ליצור "גשרים קפילריים" (בעלי תכונת הנימיות) שעשויים מאוויר בלבד. תכונת הנימיות משמעה שנוזלים מסוגלים "לטפס" במעלה צינורות דקים בהיעדר כוחות חיצוניים כמו כוח הכבידה, ולעתים אף בניגוד אליהם. לטענת החוקרים, הזרוע הרובוטית יכולה לשמש באוטומציה של ניסויים עם תאים ביולוגיים בסביבה מימית, בהתקנים מיקרוניים בסביבת נוזלים, במניפולציה וסידור של חפצים קטנים מתחת למים ואף בניקוי משטחים הטבולים בנוזל.
המחקר התבצע בהובלת ד"ר בת-אל פנחסיק, חברת סגל בכירה בביה"ס להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, יחד עם תלמידיה במעבדה לביו-מימטיקה של מערכות מכניות ופני שטח. המחקר פורסם על שער כתב העת היוקרתי ACS Applied Materials & Interfaces.
החוקרים מסבירים כי מתחת למים חרקים רבים נעזרים בזיפים זעירים, שמאפשרים להם לכלוא ולייצב בועות אוויר דוחי מים המכסים את גופם. כשבועות אלו באות במגע עם משטחים, הן יוצרות גשרים עשויים מאוויר שמאפשרים לחרקים ללכת מתחת למים.
בצורה הזו, בדומה לחרקים, הצליחו החוקרים להראות שניתן להשתמש בגשרים נימיים של אוויר על מנת להרים ולמקם חפצים רבים קטנים וקלים (מסדר גודל של מילימטר ואף פחות מכך) מתחת למים, ואשר לא ניתן להרים ולשחרר בדרך אחרת. עם חפצים אלה ניתן למנות יריעות דקות, משטחים מחוררים או מחוספסים, חלקיקים זעירים בצורות שונות, לכלוך ועוד.
ד"ר פנחסיק מסבירה: "ככל שמערכות רובוטיות הופכות קטנות יותר, הן מושפעות יותר מכוחות פני שטח. למשל, הכוחות שגורמים לחרקים קטנים להיכלא בפני השטח של מים בלי יכולת להשתחרר. במקרה הזה הפכנו את החיסרון ליתרון – רתמנו כוחות פני שטח אלה על מנת לבצע מטלות הכרוכות בהזזת חפצים קטנים וקלים, מסדר גודל של מילימטר ומטה".
"הצלחנו לחקות עקרון פעולה של חרקים ולתרגם אותו לתהליך מכני מבוקר שניתן ליישום טכנולוגי. בנוסף, הראינו כי אפשר לקפל יריעות דקות מתחת למים, בדומה לאוריגמי, על ידי שימוש בבועות אוויר. ככל הידוע, לא קיים מנגנון הדבקה או אחיזה אשר מסוגל לבצע את כל הפעולות הללו על מגוון כה גדול של חלקיקים וחפצים מזעריים, וזאת ללא שימוש בדבק ובצורה מדויקת, פשוטה וגם הפיכה, שכן ניתן לשאוב את האוויר הכלוא בזמן ובמקום המתאים וכך לשחרר את החלקיקים מהדבקה".
בניגוד למנגנוני הצמדה והדבקה המבוססים על דבק כימי, במחקר זה אין שימוש בכימיקלים, ולכן במקרים שבהם זיהומים הם סיכון משמעותי, כמו למשל בהליכים רפואיים או ניסויים ביולוגיים, לא ניתן להכניס חומרים זרים לסביבת העבודה. הזרוע הרובוטית פותחת את האפשרות לנקות את סביבת העבודה הנוזלית מחלקיקי מזהמים, דבר שלא ניתן לביצוע על ידי זרועות רובוטיות קונבנציונליות.
ד"ר פנחסיק מסכמת: "במחקר שלנו אנו מתעניינים במערכות בטבע, בעיקר אצל חרקים, כדי לקבל השראה לפיתוח של מערכות רובוטיות קטנות, או כאלו שעושות שימוש בעקרונות פיזיקליים המשמשים את החרקים בטבע על מנת לשרוד ולבצע פעולות חשובות באוויר או במים. לשם כך, יש בקבוצה סטודנטים וסטודנטיות מהנדסה מכנית, הנדסה ביו-רפואית, הנדסת חומרים ופיזיקה. זה מה שנותן לנו יתרון גדול במחקר שהוא רב-תחומי ובמציאת רעיונות לא שגרתיים ופתרונות יצירתיים בתחום הרובוטיקה והחומרים, ואכן הצלחנו במקרה זה לחשוב מחוץ לקופסה ולהגיע לכלל הדגמה וביצוע איכותיים".
צפו בסרטון שמדגים את עיקרון הפעולה של הרובוט

מחקר
מחקר ראשון מסוגו בעולם ממליץ למועסקים להמעיט בשימוש באימוג'ים

חשוב לך לשדר כוח מול הקולגות או ההנהלה בעבודה? כדאי לך לצמצם את השימוש בתמונות ובאימוג'ים ולהקפיד על העברת מסרים מילולית. כך עולה ממחקר חדש של הפקולטה לניהול ע"ש קולר. בהתאם לממצאי המחקר, החוקרים מעריכים כי עובדות ועובדים שעושים שימוש בתמונות ובאימוג'ים בעת שליחת הודעות מיילים, כפרופיל זום, ואפילו כלוגו ויזואלי (לעומת לוגו מילולי) של חברה על חולצה, עשויים להיתפס כחלשים וחסרי סמכותיות. עוד עולה מהמחקר כי מי ששולח מסרים מילוליים נתפס כבעל כוח.
במחקר ראשון מסוגו בעולם בחנו החוקרים תגובות של נבדקים אמריקנים לייצוגים מילוליים מול ייצוגים ויזואליים בתרחישים שונים. התוצאות היו חד משמעיות: בכל הניסויים ייחסו המשיבים כוח רב יותר לאדם שבחר בייצוג מילולי של המסר, מול זה שבחר בייצוג ויזואלי.
המחקר בוצע על ידי ד"ר אלינור עמית ופרופ' שי דנציגר מהפקולטה לניהול ע"ש קולר, בשיתוף עם פרופ' פאמלה ק. סמית מבית הספר לניהול ע"ש ראדי באוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו. המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי Organizational Behavior and Human Decision Processes.
"בעולם המודרני בכלל, ובזירה הדיגיטלית בפרט, הפך השימוש בייצוגים ויזואליים כגון תמונות, אימוג'ים וסרטונים לנפוץ ביותר, ומחקרים מראים שיש לו יתרונות רבים, לעתים בבחינת 'תמונה אחת שווה אלף מילים'. כולנו התרגלנו לכך, ובמקרים רבים אנחנו בוחרים באופן אינטואיטיבי להציג מסר באופן ויזואלי. במחקר הנוכחי ביקשנו לבחון אם יש גם מחיר לבחירה בייצוגים הוויזואליים הפופולריים כל כך. ספציפית, בחנו את ההשערה ששימוש בייצוגים ויזואליים, לעומת שימוש בייצוגים מילוליים פוגע בכוח הנתפס של שולח המסר", מסבירה ד"ר עמית.
כדי לבחון זאת ערכו החוקרים שורת ניסויים, שבהם הוצגו למאות נשאלים תרחישים שונים מחיי היומיום. לדוגמא, באחד הניסויים התבקשו הנבדקים לדמיין שהם הולכים לביקור שגרתי במרכול ונתקלים שם באדם זר שלובש חולצה של קבוצת הבייסבול האמריקאית 'רד-סוקס'. מחצית מהנבדקים ראו תמונה עם הלוגו המילולי על החולצה, ואילו המחצית השנייה ראתה תמונה עם הלוגו התמונתי על החולצה. תוצאות הניסוי הראו כי הנבדקים שראו תמונה של החולצה עם הלוגו התמונתי שפטו את האדם כבעל פחות כוח מאשר הנבדקים שראו את החולצה עם הלוגו המילולי.
תוצאות הניסוי הזה חזרו על עצמן במגוון הקשרים ועם מגוון ייצוגים. כך לדוגמא, בניסוי אחר התבקשו הנבדקים לדמיין כי הם משתתפים ביום כיף לעובדים (retreat), של חברת 'לוטוס'. לאחר מכן נאמר למחצית מהנבדקים כי עובדת בחברה בחרה בחולצה עם הלוגו המילולי של החברה (המילה 'לוטוס'), ואילו למחצית השנייה נאמר שהעובדת בחרה בחולצה עם הלוגו התמונתי של החברה (ציור מינימליסטי של פרח הלוטוס). התוצאות הראו כי הנבדקים ייחסו לעובדת שבחרה בחולצה עם הלוגו המילולי יותר כוח מאשר לעובדת שבחרה בחולצה עם הלוגו התמונתי.
תוצאות מניסויים נוספים הראו שאנשים נתפסים כחלשים יותר בעקבות שילוב של אימוג׳ים בהודעות מיילים, או בחירה בפרופיל זום ויזואלי לעומת מילולי. לדוגמא, באחד הניסויים התבקשו נבדקים לצפות בפרופיל הזום של כמה משתתפים אחרים בניסוי, ולבחור נבדק אחד מתוכם, אשר ייצג אותם במשחק משא ומתן תחרותי.
תוצאות הניסוי הראו כי 62% מהנבדקים בחרו בנבדק שייצג את עצמו בזום באופן מילולי, ואילו רק 38% מהנבדקים בחרו בנבדק שייצג את עצמו עם תמונה. ניסוי זה מדגים כי להשפעה של אופן הייצוג (תמונתי או מילולי), יש השלכות מעשיות חשובות להתפתחות המקצועית של עובדים: עובדים שמשדרים כוח באמצעות שימוש במילים הם בעלי סיכוי רב יותר להיבחר לתפקידים בעלי כוח. לעומת זאת, עובדים שמשדרים חולשה בעקבות שימוש בתמונות הם בעלי סיכוי נמוך יותר להיבחר לתפקידים בעלי כוח.
"הממצאים שלנו מתקשרים ישירות לתיאוריה שפותחה בשנים האחרונות, שקובעת כי בתוך יחסי כוחות, החזק ישאף ליותר ריחוק חברתי ואילו החלש יבקש דווקא להתקרב אל החזק. מסר שמוצג בתמונות מפורש על ידי רבים כהבעה של רצון להתקרב חברתית, ולכן מי שמשתמש בו נתפס כאדם בעל פחות כוח וסמכותיות", מסבירה ד"ר עמית ומסכמת: "חשוב לציין שאבחנה זו על פי רוב אינה רלוונטית ביחסי קרבה כמו למשל בווטסאפ המשפחתי. עם זאת, בזירות רבות בחיינו, בעיקר בעבודה ובעסקים, מתקיימים יחסי כוחות, וכשאנו מציגים מסר, חשוב שנהיה מודעים לרושם שאנו יוצרים בצד השני. הממצאים שלנו מציבים תמרור אזהרה: אם אתם מעוניינים לשדר כוח או לא להיתפס כחלשים בעיני עמיתים, עובדים, מנהלים, לקוחות, או כל נמען אחר, חישבו פעמיים לפני שאתם שולחים אימוג'י או תמונה".

מחקר
חוקרים גילו מוטנט של אצה שמאפשר ייצור מימן ירוק בסדרי גודל תעשייתיים

מימן גזי הינו דלק לא מזהם שיכול לשמש כדלק לכלי תחבורה חשמליים מסוגים שונים. אופניים ומכוניות מונעים במימן כבר מיוצרים באופן סדרתי מספר שנים, ובכלי רכב אלו מוחלפת סוללת הליתיום המזהמת בתא דלק שממיר מימן לחשמל. כיום רוב המימן בעולם מיוצר מגז טבעי אך בתהליך מזהם מאד ולכן נקרא מימן אפור. ישנו גז מימן שמיוצר רק באמצעות אנרגיה מתחדשת והוא נקרא מימן ירוק, בשל העובדה שייצורו אינו פולט כל זיהום או פחמן דו חמצני לאטמוספרה. החיסרון טמון בתהליך ייצורו היקר, בשל העובדה שהוא דורש מתכות יקרות ומים מזוקקים: נכון להיום, ניתן לייצר מימן ירוק באמצעות פאנלים סולאריים, שמחווטים למכשירים המבצעים ביקוע מים למימן וחמצן (אלקטרולייזרים).
בטבע מיוצר המימן כתוצר לוואי של תהליך הפוטוסינתזה על ידי מיקרו-אצות, שהן אצות חד תאיות שנמצאות בכל מאגר מים ואפילו בקרקע. כדי שתהליך זה יוכל להיות מקור בר קיימא לאנרגיה, על האנושות להנדס זני מיקרו-אצות שייצרו מימן למשך ימים ושבועות. מחקרה של הדוקטורנטית תמר אלמן, בהנחיית פרופסור יפתח יעקובי מהמעבדה לאנרגיה מתחדשת בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, הוביל לפריצת דרך משמעותית, שתאפשר לראשונה ביצוע מחקרים הנדסיים העוסקים בתיעוש תהליך יצור מימן ירוק. במהלך המחקר נתגלה מוטנט של אצה מיקרוסקופית, שמאפשר לראשונה ייצור גז מימן ירוק בסדרי גודל המתאימים לדרישות תעשייתיות. הוא פורסם לאחרונה בכתב העת Cell Reports Physical Sciences.

הענק הירוק. מוטנט המימן כפי שנתגלה במעבדה לאנרגיה מתחדשת
"כאשר מצאנו שבמוטנט זה לא מצטבר חמצן בכל עוצמות התאורה (מה שכן קורה בזן הבר), העלינו השערה שנוכל להפיק ממנו ייצור מימן מתמשך. בעזרת מדידות בביו-ריאקטורים (מתקן או מערכת ייצור או הנדסה שמיועדים לסביבה של פעילות ביולוגית), בנפחים של ליטר, מצאנו ייצור מימן רציף למשך למעלה מ-12 יום (במקום התהליך הטבעי שנמשך דקות). המוטנט מתגבר על שני חסמים מרכזיים שלא אפשרו עד כה ייצור מימן רציף", מסביר פרופ' יעקובי ומרחיב "החסם הראשון הינו הצטברות חמצן בתהליך הפוטוסינתזה. החמצן מרעיל את תהליך הייצור המימן. במוטנט, נשימה מוגברת מסלקת את החמצן ומאפשרת תנאים נוחים לייצור מימן מתמשך. החסם השני הינו איבוד אנרגיה לתהליכים מתחרים, בהם קיבוע פחמן דו-חמצני לסוכר. גם הוא נפתר במוטנט ורוב האנרגיה מתועלת לטובת ייצור מימן מתמשך".
כדי לתעש תוצאות מרעישות אלו, עומל כעת צוות המחקר על פיילוט של נפחים גדולים יותר ופיתוח שיטות שיאפשרו הארכת זמן קציר המימן, כדי להוריד את מחירו לרמות תחרותיות. "קצב ייצור המימן מהזן מגיע לכדי עשירית מהקצב התאורטי האפשרי, ובעזרת מחקר המשך יש אפשרות לשפרו אף יותר", מסכם פרופ' יעקובי.

פרופ' יפתח יעקובי ותמר אלמן במעבדה