סיבים אופטיים יסייעו לבגדים "לראות"

פרופסור יואל פינק (38) הישראלי, חוקר מ-MIT, פיתח סיבים אופטיים חכמים, שיודעים גם לזהות אור ולהבחין בין סוגי אור. בין היישומים האפשריים: גדר מערכת רואה. האם יוכלו סיבי אור זולים לחסוך מעבדים יקרים? משרד ההגנה האמריקני מאמין שכן

הבגד עושה את האדם אמרו חכמינו, ולא ידעו שנגיע ליום שבו הבגד רואה את האדם. מדע בדיוני? אולי. אבל במחלקה לחומרים של MIT, המכון הטכנולוגי היוקרתי של מסצ'וסטס, הצליח פרופ' יואל פינק הישראלי ליצור סיבים אופטיים חכמים, המסוגלים לא רק להעביר מידע, אלא לזהות אור בעצמם.  

 

את הסיבים האופטיים שוזרים פינק וצוותו באריגים, ההופכים כך לאריגים חכמים. אריגים כאלה יוכלו לשמש למטרות מגוונות בשדה הקרב העתידי, וגם אצל המשתמש הביתי.

לא פלא שאת המחקר של פינק מממנת DARPA, סוכנות המחקרים של משרד ההגנה האמריקני, שכבר הקצתה לו 50 מיליון דולר. בגליונו האחרון חשף כתב העת המדעי היוקרתי Nature את המחקר של פרופ' פינק והביא לו פירסום עולמי.

 

כמות מידע עצומה 

 

פינק (38) הגיע ל-MIT שבבוסטון ב-1995, לאחר שסיים תואר ראשון במחלקה להנדסה כימית בטכניון. ב-MIT הצטרף למסלול ישיר לדוקטורט ובשנת 2000 סיים אותו והצטרף לסגל החוקרים של המכון. כיום הוא בדרגת פרופסור שותף.

 

"העבודה כאן מאוד קשה ותובענית. אם אתה רווק, אתה כבר לא מתחתן; אם אתה נשוי אתה מתגרש, ואם אתה נשוי ולא מתגרש - אז אתה פשוט לא מביא ילדים", מתאר פינק את סדרי העדיפויות של החוקרים הצעירים בפקולטה.

 

הוא עצמו, אגב, נשוי באושר ואב לארבעה. הוא וצוותו שייכים לקבוצת ה-BandGap במחלקה לחומרים ב-MIT, ועוסקים ביצירת סיבים אופטיים מחומרים מורכבים. המטרה היא ליצור סיב חכם, שלא רק יעביר מידע אלא גם יעבד אותו ויוכל להגיב לשינויים מבחוץ.

 

סיבים אופטיים הם חוטי הנחושת של העידן המודרני. בעלות ייצור נמוכה הם מסוגלים להעביר כמות מידע הגדולה פי עשרות מונים מאשר חוטי הנחושת בכבלים ששימשו אותנו עד היום. רוב חברות הטלפון בעולם פורשות היום רשתות של סיבים אופטיים, המאפשרים להעביר כמות שיחות עצומה. 

 

למרות היתרונות, יש לסיבים האופטיים גם חסרונות: הסיב עצמו רגיש פחות להפרעות מאשר נחושת, אך הוא גם פחות עמיד, ולכן יש צורך להוסיף לו מעטה הגנה, שמקשה על התקנתו. חיסרון נוסף הוא, שהסיב עשוי מחומרים מבודדים, שלא מסוגלים להעביר אלקטרונים - ולכן לא יכולים להעביר חשמל - אלא רק חלקיקי אור (פוטונים). חברות רבות בעולם מנסות לגשר על הפער הזה, של העברת חשמל בסיבים. המחקר של פינק הוא פריצת דרך בתחום, כיוון שהוא הצליח לגרום ליצירת זרם חשמלי בסיב בעזרת חלקיקי האור הנעים בו.

 

המראה המושלמת

 

פריצת הדרך מבוססת על המצאה של פינק מלפני שש שנים: מדובר במשטח המכונה המראה המושלמת, כלומר מסוגל להחזיר חלקיקי אור בצורה מושלמת מכל זווית. זאת בניגוד למראות אחרות שהיו בשימוש המדע, שבולעות חלק מהאור המוקרן עליהן.  

 

החומר שממנו עשויים משטחי המראות שימשו בסיס לסיבים החדשים. פינק וצוותו יצרו מוט בקוטר 30 סנטימטר, שעשוי מחומרים מוליכים, מחומרים מבודדים, ומחומרים מוליכים למחצה. את המוט הזה מותחים עד שהוא מגיע לעובי של מאות מיקרונים (מיליונית המטר) ספורים בלבד. לשם השוואה, עוביה של שערת אדם הוא כ-100 מיקרון. כתוצאה משילוב החומרים נוצר סיב אופטי, שכאשר מאירים עליו הוא מסוגל לייצר זרם חשמלי, ולהפעיל מגעים בקצוות. 

 

בעזרת שימוש בחומרים שונים יצר הצוות של פינק סיבים, שמצליחים להבחין בסוגי אור שונים. לאחר שארגו כמה סיבים ביחד, נוצר אריג של סיבי אור, שמסוגל לזהות כמה סוגי אור. 

 

את המצאת המראה המושלמת ניצל פינק לצורך הקמת סטארט אפ בשם OmniGuide. את החברה הצעירה הקים עם אורי קולודני, שהגיע מקומברס ללימודי מנהל עסקים ב-MIT. החברה עוסקת בייצור סיבים אופטיים המבוססים על ההמצאה של פינק, ומיועדים למגוון מטרות.

 

בנוסף עוסקת החברה בייצור סיבים מיוחדים המיועדים להעברת קרני לייזר בניתוחים רפואיים. קרני הלייזר הנמצאות בשימוש כיום בניתוחים מאבדות חלק גדול מעוצמתן ומדיוקן במהלך המעבר במכשיר הלייזר עד לגוף החולה. הסיבים של OmniGuide מונעים את איבוד העוצמה ומאפשרים דיוק רב יותר לרופאים.  

 

מדים מיוחדים לחיילים

 

הצבא האמריקני כבר לוטש עיניים להמצאה של פינק. DARPA, זרוע המחקר העצמאית של משרד ההגנה, שנהנית מתקציב המוערך בכשלושה מיליארד דולרים בשנה, בחרה לממן אותו. DARPA עושה זאת למחקרים רבים בכל תחומי המדע, החל מפיזיקה וחקר החלל, דרך מדעי השינה וכלה בחקר המוח. היא נעזרת בתוצאות המחקרים לצורך יישומים צבאיים. 

 

במקרה של פינק מדובר בפרויקט החייל העתידי: ב-DARPA מעוניינים ליצור מדים מיוחדים, שישמשו להרבה יותר מאשר כיסוי העור. סיבים אופטיים חכמים המשולבים במדים יוכלו לזהות קרן לייזר שננעלת על החייל, ולהתריע בפניו על כך בעזרת זימזום בקסדה למשל. בנוסף, באמצעות מיכשור מיוחד יוכלו חיילים לזהות חיילים אחרים עם מדים דומים, ולהימנע מירי מוטעה.

 

פינק עצמו נזכר בשירותו הצבאי בגולני, וחושב מיד על יישום צבאי נוסף: "לנו הישראלים, 'גדר מערכת' זה מושג ברור מאוד. עוד אפשרות לשימוש בסיבים היא למתוח את רשת הסיבים על הגדר, במקום גלאים שעלותם יקרה. מכיוון שהסיבים מסוגלים להבחין באור, הם יוכלו לזהות גם שינויים באור שנגרמים כתוצאה מתנועה של גורם זר, שמנסה לעבור את הגדר, ולהתריע על כך".  

 

אבל לסיבים החכמים יכולים להיות גם יישומים פשוטים ויומיומיים. "תחשוב, למשל, על מצביעי לייזר במצגות. אתה מצביע על המסך, אבל עדיין נאלץ להשתמש בעכבר בשביל להפעיל את המחשב. מסכים חדשים שישולבו בהם הסיבים הללו, יוכלו לזהות היכן קרן הלייזר והמחשב יוכל להגיב בהתאם". 

 

למעשה, פינק עצמו לא ממש יודע לאן הדברים יתגלגלו. "איש לא יכול לנבא מה יהיו כל היישומים שיפותחו מן הסיבים הללו. אם היית מראה לממציאי הטרנזיסטור לפני 40 שנה את המעבדים של היום, הם לא היו מדמיינים שנגיע לכך. נוכל להקנות לבגדים יכולת ראייה, ולדעתי יש בזה עתיד מרגש, רק שאנחנו עדיין לא בטוחים מהו".

 

להעביר שכל לסיב 

 

פינק וצוותו לא נחים על זרי הדפנה. החזון שלהם הוא להעביר לסיבים את השכל, ולא להשאיר אותו רק במוצרי הקצה. כדוגמה הוא מתאר את מכשיר הטלפון. "קו הטלפון הוא טיפש, והטלפון עצמו הוא מכשיר חכם, שיש בו ממירים של חשמל וכו', שהופכים את האותות מהקו לצליל".

 

"בעולם המחשבים אפשר להשוות את מכשיר הטלפון למעבד המחשב שמבצע פעולות, ואת כל חוטי החשמל שמעבירים מידע בין החלקים השונים - לקו הטלפון. אם נעביר את ה'חוכמה' לקווים עצמם - נוכל ליצור מוצרים עם יכולות עיבוד, שלא ניתן ליצור בטכנולוגיה הקיימת היום".  

 

כיום נשלט עולם המעבדים על ידי מספר מצומצם של חברות, שברשותן המשאבים להקים את מפעלי הענק הנדרשים. אומנם עלות השבב עצמו,

מבחינת חומרי הגלם, לא יקרה, אך העלות העצומה המושקעת במחקר ובפיתוח ובבניית המפעל, הנאמדת במיליארדי דולרים, גורמת למעבדים להפוך בסופו של דבר ליקרים בהרבה.  

 

בסיבים אופטיים המצב שונה לגמרי: הסיבים עצמם מיוצרים מחומרים זולים, כמו פלסטיק או זכוכית. אין צורך במפעלי ענק מתוחכמים על מנת לייצרם, ועלות הייצור לעשרות קילומטרים של סיב זניחה כמעט, בהשוואה למעבדי מחשב.

  

בחזונו רואה פינק מעבדים או רכיבים, שיהיו למעשה סיבים חכמים, שבהם משולבים מעגלים אלקטרוניים. אלה יאפשרו יכולות חישוב בתוך הסיב ויהפכו אותו למחשב בזעיר אנפין. ייצורם של הסיבים יהיה זול בהרבה מהפתרונות הקיימים היום. 

 

בקרוב גם יישומים מסחריים

 

למי שחושבים כבר למשוך את ההשקעה שלהם במניות אינטל - אל תמהרו. לא מדובר בפתרון שימוטט את תעשיית המעבדים העולמית. פינק: "בשביל מעבד שנמצא בתוך קופסת המחשב הביתי שלך, הפיתרון של אינטל הוא כמעט מושלם. אבל במקומות אחרים, כמו ביישומים צבאיים על בגד, הפתרון של אינטל לא בהכרח ישים". 

 

למרות שהוא ראש הפרוייקט, פינק לא לוקח את כל הקרדיט. "יש כאן צוות נפלא של סטודנטים ופוסט דוקטורנטים מכל העולם - יפן, טורקיה, צרפת, ואפילו סטודנט ישראלי. זה רק מראה מה יכולים לעשות יהודים, נוצרים ומוסלמים כשהם משתפים פעולה יחד".

 

פינק מקווה, כי הדורות הבאים של הסיבים יוכלו גם לציין בדיוק מהיכן הגיע האור לפי זווית הפגיעה שלו באריג. בכל מקרה, צוותו הגיש בינתיים בקשה לפטנט, והוא מנסה ליצור הליכי רישוי מסודרים על מנת לאפשר לחברות להפוך את הרעיון למסחרי מהר ככל האפשר.