מחקרים

צוות חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב ומחברת Tracense, בראשותו של פרופ' פרננדו פטולסקי מבית הספר לכימיה ע"ש סאקלר באוניברסיטת תל-אביב, פיתח גלאי כימי המסוגל לזהות מולקולות של חומרי נפץ. הפיתוח החדש, שכבר מעורר עניין רב בגורמי ביטחון בארץ ובעולם, מתפרסם בכתב העת היוקרתי Nature Communication.

פרופ' פטולסקי מסביר כי הגלאים הקיימים לזיהוי חומרי נפץ הם יקרים, מגושמים ותהליך הפענוח של ממצאיהם אורך זמן רב ומצריך מומחים אנושיים ומעבדות חיצוניות. "קיים צורך במתקן קטן וזול, שאפשר יהיה לשאתו ביד, ויאפשר זיהוי מהיר, אמין ויעיל של חומרי נפץ", אומר פרופ' פטולסקי.

רגיש יותר מאפם של כלבים

הגלאי שפיתחו פרופ' פטולסקי וצוותו, מורכב משבב שעליו התקן של ננו-סיבים העשויים סיליקון. הסיבים יוצרים התקן חשמלי בעל רגישות גבוהה לסביבתו החשמלית, ואילו הננו-סיבים מצופים בשכבה של 144 קולטנים כימיים. כאשר מולקולה של חומר נפץ באה במגע עם הקולטנים, היא נקשרת אליהם ומגיבה לכל אחד מהם בנפרד ובו-זמנית. הגלאי מנתח מתמטית, ובזמן-אמת, את התגובה המולקולרית של הקולטנים השונים לחומר, וכל זאת במהירות, באמינות וביעילות שאין להן תחרות – אפילו לא מצד הכלבים.

"זה בדיוק מה שקורה באף או בלשון", אומר פרופ' פטולסקי. "הגלאי שלנו הוא בעצם אף מלאכותי למולקולות של חומרי נפץ, כאשר הגלאי שלנו רגיש בערך פי 3000 יותר מאף של כלב. בדרך כלל, ככל שהגלאי רגיש יותר כך הוא פחות סלקטיבי, אבל הקולטנים שלנו סלקטיביים עד לריכוזים של אחד לקוודריליון – רגישות חסרת תקדים. הגלאי הזה מזהה ממרחק גדול מאוד כמויות מזעריות של מולקולות שגלאים אחרים לא יכולים לזהות, כאשר כל הגלאי כולו בגודל לפטופ, וזה רק אב הטיפוס. אנחנו כבר עובדים על בניית מערכת עוד יותר ניידת, שתהיה בגודל אייפון". 

שימושים מבצעיים ואזרחיים

הגלאי החדש, המבוסס על גלאי קודם שפיתחו פרופ' פטולסקי וצוותו לפני 3 שנים, מסוגל להבדיל בין מולקולות של חומרי נפץ שונים, וכן לזהות חומרים ללוחמה ביולוגית וכימית. חברת Tracense, שותפתה של אוניברסיטת תל-אביב, השקיעה מיליוני דולרים בפיתוח אב הטיפוס, שכבר נמצא בבדיקה של גורמי ביטחון ישראליים כמו השב"כ.

בעתיד, מסביר פרופ' פטולסקי, הגלאי יוכל לשמש כוחות מבצעיים, ואף להחליף את מערכות האבטחה הקיימות בשדות תעופה, בכניסה לקניונים, בתחנות רכבת וכדומה. "הוא יעבוד אפילו על מזל"טים", אומר פרופ' פטולסקי. "הטווח תלוי בריכוז, כמובן, אבל מעבדה של חומר נפץ מייצרת מספיק מולקולות של T.N.T, כך שמעל כל הבית יש ענן מולקולרי של חומר נפץ. המזל"ט שואב את האוויר מעל הבית והגלאי מגלה את חומר הנפץ".

בנוסף, פרופ' פטולסקי וצוותו מפתחים גלאים גם לשימושים אזרחיים. "זו אותה ליבה טכנולוגית. על בסיס אב הטיפוס הביטחוני אנחנו מפתחים גם גלאים לשימושים אחרים, כמו, למשל, גלאים לחומרים נרקוטיים".

כיצד ניתן לשלב סביבות עבודה וייצור בתוך המרקם העירוני? כיצד ניתן לרתום את הפעילות הכלכלית והמסחרית המתרחשת באזורי תעשיה למינוף העיר בכללותה? כיצד תהליכים אלו יכולים לעצב את הנוף העירוני ולסייע בשגרת היום-יום של התושבים? פרויקט וספר חדש - "עיר-תעשיה" מאת המעבדה לעיצוב עירוני באוניברסיטת תל-אביב, משרטט את נוף סביבות העבודה בישראל ומציע חזון חדש בו העיר העתידית תשלב בין כל שלבי הייצור והפיתוח במרחב העירוני. בכתיבת הספר שותפים ראש המעבדה ד"ר טלי חתוקה, רוני בר, מירב בטט, יואב זילברדיק, כרמל חנני, שלי חפץ, מיכאל יעקובסון והילה לוטן, חוקרי המעבדה לעיצוב עירוני, בחוג לגיאוגרפיה וסביבת האדם באוניברסיטת תל-אביב.

הפרדת אזורי התעשייה והמגורים

השאלות שבהן עוסקים החוקרים מתחדדות על רקע תהליכים גלובליים ומקומיים של צמיחה דמוגרפית, התפשטות עירונית, עליית מחירי האנרגיה והשינוע, פיתוחן של תעשיות נקיות והפוטנציאל לשילוב טכנולוגיות מתקדמות במרחב העירוני. כל אלו דורשים חשיבה מחודשת לגבי המודלים העירוניים הקיימים, המפרידים בין אזורי התעשיה לסביבות המגורים, ובתהליך מתמיד של הרחקה והזרה מבודדים את הייצור, הפיתוח והשירותים במובלעות אוטונומיות, מקום שהוא "מחוץ למקום", כזה המחובר לסביבה הגלובלית.

לאור זאת, הפרויקט "עיר-תעשיה" מבקש לחשוב מחדש על העיר כשילוב מורכב בין מגורים לבין תעסוקה, עבודה ותעשיה, ולהשתמש בחיבור כפוטנציאל לא רק לצמיחה כלכלית אלא גם להעלאת איכות החיים העירונית בישראל. כשלב ראשון, הפרויקט מנתח את נוף העבודה בישראל, על בסיס מחקר אמפירי שכלל סיורים, ראיונות וניתוח אדריכלי-מרחבי באזורי תעשיה ברחבי הארץ, החל מהאזורים המתמחים של באר שבע, דרך התשתיות הרעועות של באקה אל-גרבייה ועד לנופים המתוחזקים היטב של קיסריה ותפן. הממצאים מציירים תמונת מצב לא פשוטה: ריבוי של אזורי תעשיה, המתחרים האחד בשני ללא ראיה אסטרטגית כוללנית; חלוקה לא צודקת של המשאבים, כאשר רשויות סמוכות לאזור התעשיה לא תמיד שותפות לרווחיו; התפשטות על חשבון שטחים פתוחים, צפיפות נמוכה ובזבוז משאבי קרקע; ומעל הכל, תפיסה אוטונומית של אזור התעשיה והיעדר חיבור מרחבי, ניהולי או תפקודי בינו למרקם העירוני.

תכנון מחודש לשילוב נכון יותר

על רקע האתגרים הללו, מציע הפרויקט מסגרת לשילוב כל שלבי הייצור והפיתוח בכלכלה המקומית ובמרחב העירוני. חיזוק הממשק בין העיר לתעשיה טומן בחובו פוטנציאל לשילוב מגוון רחב של אוכלוסיות בתעסוקה (לרבות אלו המתקשות לעבוד הרחק מהבית), לצמצום היוממות והתלות ברכב, ליצירת מגוון תעסוקתי בתוך העיר ללא תלות בסקטור תעסוקתי אחד, להרחבת סל ההכנסות העירוני, ליצירת איזון בין מספר התושבים לבין מקומות התעסוקה, להטמעת ידע וטכנולוגיה חדשה במרחב העירוני, ולבסוף, לחידוש וציפוף מרקמים קיימים הן בסביבות מגורים והן באזורי תעשיה. תהליכים אלו יסייעו לא רק להחזיר את ה"מקום" שאבד בתהליכי ההרחקה של התעשיה לפריפריה הגלובלית, אלא גם יקרבו בחזרה את הייצור והעבודה לחיי היום-יום של כולנו.

על המאמר, שהתפרסם בכתב העת Nature, חתומים ד"ר אנסטסיה פיאלקוב מאוניברסיטת תל-אביב ומ"אקול נורמל סופרייר" בפריז, פרופ' רנן ברקנא מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל-אביב וד"ר אלי ויסבאל מהאוניברסיטאות קולומביה והרווארד בארה"ב.

"אחד התחומים המרתקים באסטרונומיה הוא חקר עידן היווצרות הכוכבים הראשונים", מסביר פרופ' ברקנא. "מכיוון שהיקום היה אז מלא באטומים של מימן, הדרך הכי מבטיחה לצפות בעידן הזה היא בעזרת מדידת גלי רדיו מהיקום הקדום, מאחר שהקרינה של מימן היא באורך גל של 21 ס"מ – שנופל בתחום של גלי רדיו".

לראות את העבר הרחוק

אסטרונומים חוקרים את ההיסטוריה הרחוקה שלנו, מיליארדי שנה אל העבר הרחוק. בניגוד לארכיאולוגים, שיכולים רק לבחון שרידים של העבר, אסטרונומים יכולים לראות את העבר הרחוק בצורה ישירה כפי שהוא. האור מעצמים מרוחקים מגיע אלינו לאחר זמן רב, ואנו רואים את העצמים האלה כפי שנראו כשפלטו את האור. כתוצאה מכך, אם אסטרונומים מסתכלים מספיק רחוק, בעזרת טלסקופים רבי עוצמה הם יכולים לראות את הכוכבים הראשונים ממש כפי שהיו ביקום המוקדם. לכן התגלית החדשה, לפיה החימום הקוסמי קרה מאוחר יותר, מעלה את הסברה, שלא יהיה צורך להסתכל רחוק כל-כך בכדי לראות את האירוע הקוסמי הזה, ויהיה קל יותר לגלות אותו מאשר שיערו תחילה.

בין היתר, גילוי החימום הקוסמי יאפשר לחקור את החורים השחורים המוקדמים, כי החימום נבע מחורים שחורים במערכות כפולות. מערכות אלה נוצרו מכוכבים בינאריים (כפולים) שבהם הכוכב המסיבי יותר סיים את חייו בפיצוץ סופרנובה שהשאיר במקומו חור שחור. בהמשך, גז מהכוכב השני במערכת נמשך אל החור השחור, נקרע תחת כוח משיכתו העצום ופולט קרינה באנרגיות גבוהות - קרינת X (רנטגן). קרינה זו מגיעה למרחקים, וחוקרים סוברים, שהיא חיממה מחדש את הגז ביקום, אחרי שהספיק להתקרר כתוצאה מהתפשטות היקום. החידוש במחקר הנוכחי הוא עיכוב החימום.

"עד היום חשבו, שהחימום התרחש מוקדם מאוד", אומר פרופ' ברקנא, "אבל אנו גילינו שהתמונה המקובלת הזאת תלויה באנרגיה המדויקת של קרינת ה-X המחממת. תצפיות שנערכו בשנים האחרונות מראות שחורים שחורים במערכות כפולות פולטים קרינה באנרגיות גבוהות במיוחד - מה שמשנה את הציפיות לגבי החימום הקוסמי. קיבלנו ניבוי חדש לתקופה מוקדמת (כשהיקום היה בן 400 מיליון שנה בלבד) שבה נצפה לראות גלי רדיו אחידים בשמיים שנפלטו מגז המימן הקדום".

עד כה מספר קבוצות בינלאומיות של תצפיתנים בנו והחלו להפעיל מערכים חדשים של טלסקופים בגלי רדיו, במטרה לגלות את גלי הרדיו מהמימן ביקום המוקדם. המערכים האלה תוכננו תחת ההנחה שהחימום הקוסמי התרחש מוקדם מדי בשביל מכדי שנוכל לראותו, ולכן סברו שהטלסקופים יוכלו לחפש רק אירוע קוסמי מאוחר יותר, שבו קרינה מכוכבים שברה את אטומי המימן במרחבים שבין הגלקסיות. התגלית החדשה הופכת על פיה את ההנחה המקובלת, ומעלה את האפשרות שמערכי הרדיו האלה יגלו גם סימנים לחימום הגז על ידי החורים השחורים המוקדמים.