צורת הדברים שיבואו

והיה המישור לפנים: תהליך הפיכתה של יריעת אלסטומר נמטי למשטח תלת-ממדי עקום דמוי פנים(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

עוד כתבות באתר מסע הקסם המדעי של מכון ויצמן למדע:

מכון קטן, ואנשים בו מעט

מוזיקת המקרה

הגבישים האלה, והדרך שבה הם משתלבים לעתים במבנים חומריים אחרים, דוגמת פולימרים (דבר שיוצר סוג מסוים של "חומרים רכים"), הם בין תחומי המחקר שבהם מתמקד ד"ר הלל אהרוני, שהצטרף באחרונה, כחוקר בכיר, למחלקה לפיזיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע.

סוג אחד של חומרים שבהם מתעניין ד"ר אהרוני, קרוי "אלסטומרים נמטיים". אלה הם מעין חומרים אלסטיים בעלי כיוון מוגדר (למשל, רשת של פולימרים, שבה מוטמעות מולקולות של גביש נוזלי). בכל נקודה במבנה חומרי כזה, קיים כיוון מוגדר אשר החומר "מתוכנת" להתכווץ או להתנפח לאורכו, בתגובה לשינוי בגורם "סביבתי" כזה או אחר, דוגמת טמפרטורה, שדה מגנטי, אור, ועוד. במלים אחרות, אנחנו רגילים לחשוב שכאשר מחממים חומר, הוא מתפשט במידה שווה לכל הכיוונים. אבל "אלסטומר נמטי", מגיב לעליית טמפרטורה בהתפשטות בכיוון מוגדר בלבד.

גיליון אלסטי דק על מצע רך, כמו רקמת עור על בשר, מתקמט כשהגיאומטריה שלו אינה בהלימה לזו של המצע. באופן מפתיע, התיאוריה של גבישים נוזליים מסייעת להבין את דפוסי ההתקמטות השונים ולנבא אותם(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

משמעות הדבר היא, שיריעה גדולה העשויה חומר כזה (אשר הרכבו הכימי אחיד אך הכיוון ה"מוטבע" בו שונה מנקודה לנקודה), ואשר תיחשף לעלייה בטמפרטורה, לא תתפשט לאורך ולרוחב המבנה המישורי שלה בלבד - אלא תאמץ לעצמה מבנה גיאומטרי שונה, חדש, ולמעשה תהפוך למשטח תלת-ממדי עקום. מדובר במעין "מטמורפוזה" מבנית, הנובעת ממבנה החומר הזה.

ד"ר אהרוני ושותפיו למחקר הראו כיצד אפשר לשלוט בכיווניות המוטבעת בגבישים הנוזליים הנמטיים המשולבים ברשת פולימרית, כך שאפשר יהיה לנבא - ולמעשה, אף להכתיב - איזו צורה (גיאומטריה) חדשה יאמץ החומר, בתגובה לשינוי בגורם מסוים (חשיפה לאור, עלייה בטמפרטורה, שינוי בעוצמת השדה המגנטי, ועוד). במובן מסוים, אפשר לראות בזה מעין "פיסול", או "עיצוב" של חומר, באמצעות מודל מתמטי מורכב - שמחליף את המפסלות והאיזמלים המסורתיים. ד"ר אהרוני אומר, שבמקרה זה הכלי המשמש לעיצוב הוא חלק מהחומר עצמו, ואינו כלי חיצוני, דוגמת איזמל.

גבישים נוזליים מציגים: ג'ונגל מרתק של פגמים מבניים(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

ד"ר הלל אהרוני(צילום: מסע הקסם המדעי, מכון ויצמן)

נושאים אחרים שד"ר אהרוני מתעניין בהם, הם איפיון פגמים טופולוגיים בגבישים נוזליים, שהם מעין נקודות או קווים במרחב שבהם מבנה החומר נשבר. פגמים כאלה משפיעים במידה רבה על תכונות החומר.

עוד תחום מחקר, שעשוי ליצור גשר בין פיזיקה למדעי החיים ולרפואה, הוא הניסיון להבין ולחזות תבניות של היווצרות קמטים (בדומה לקמטים שמתפתחים בעורם של אנשים מבוגרים. מחקר זה מתבסס על הדמיון המתמטי בין תבניות הקמטים שנוצרות ביריעות שונות (לרבות עור), ובין התנהגותם של גבישים נוזליים מסוימים. בדרך זו אפשר, למשל, לחשב ולראות כיצד ייראו פניו של אדם מסוים - ואילו קמטים יחרשו את פניו - בעוד עשרות שנים.

ד"ר אהרוני נולד וגדל בקיבוץ יפעת שבעמק יזרעאל. הוא עבד במטבח הקיבוץ, וחלק מהידע שצבר שם משמש אותו גם כיום, שכן הוא אחראי להכנת רוב הארוחות בבית. הוא נשוי לימימה כהן אהרוני, בעלת תואר ד"ר בסוציולוגיה, העוסקת היום, בין היתר, בהופעה במופעי סטנד-אפ הומוריסטיים. השניים נפגשו ב"פגישה עיוורת", בהיותם סטודנטים באוניברסיטה העברית, כתוצאה מ"שידוך" של חבר משותף. לשניים שני ילדים, והם מתגוררים בקמפוס המכון.