מעדשות מגע עד טילים מדויקים, מרדיו ומוניטור ועד זיהוי אוטונומי של ילד שמתפרץ לכביש: לאן שלא נביט - ובעיקר במקומות שאליהם אין לנו דרך להביט - העולם שלנו נשען על יישומי אלקטרואופטיקה. בביטחון וברפואה, בחקלאות ובחלל, בתקשורת ובתחבורה, בים, באוויר וביבשה - מגוון עצום של תעשיות נשען על חיישנים שמסוגלים לקלוט, לזהות ולנתח בזמן אמת גלים בספקטרומים השונים, תוך שהם מקלים על חיינו, לא אחת גם מצילים חיים, ופורצים את גבולות הידע והיכולת האנושית. מקרב החברות המובילות בענף, שמגלגלות עשרות מיליארדי דולרים בשנה, יש לתעשיות כחול-לבן נציגות מכובדת.
בשנים האחרונות קצב ההתקדמות בענף הוא פנומנלי. מערכות אופטיות מתקדמות, שגם הולכות ונעשות יותר ויותר זעירות, מאפשרות כיום לראות פרטים בתוך גוף האדם, באיברים ובמערכות הדם, בין היתר בניסיון להתחקות אחר פגמים ומחלות עוד הרבה לפני שהן מתלקחות כחלק מרפואה מונעת. מערכות אחרות מתצפתות על מרחקים או עומקים עצומים, אם זה בלב האוקיינוס, בקליפת כדור הארץ או ברחבי היקום - מה שמחייב אותן להיות גם עמידות לתנאי לחץ, ויברציות, טמפרטורה וסביבה חריגים.
כמו ברוב תחומי החדשנות, גם באלקטרואופטיקה נוצר חלק גדול מהקסם כתוצאה מחיבור בין הפלטפורמות לבין ה"מוח", כאשר המוח עצמו נשען יותר ויותר על יישומי בינה מלאכותית (AI) ולמידת מכונה (ML). כך הוא מסוגל לבצע עיבודים וניתוחי זמן אמת כדי לספק תובנות ואפשרות לתגובה מיידית. המשמעות של כל זה לתעשיות הביטחוניות היא ברורה.
אם יש תחום שבו האלקטרואופטיקה שולטת בכיפה, זהו התחום הביטחוני. האפשרות להחליף לוחמים בפלטפורמות לא מאוישות, להגן על לוחמים מפני איומים ב-360 מעלות, לספק להם יכולת ראיית לילה, לשגר חימושים מרחוק, לעצור חימושים בעודם במעופם ואפילו לחסוך חימוש קינטי דרך חלופת הלייזר - כל אלו הם יישומי אלקטרואופטיקה, שרק הולכים ומשתכללים. אין זה פלא אפוא שהתעשיות הביטחוניות הן פקטור משמעותי בתחומים הרלוונטיים מקצה לקצה - מהצבת האתגרים, דרך השקעות עתק במחקר ופיתוח ועד לניסוי הראשוני, קליטת הטכנולוגיות והטמעת התוצרים.
על פי סקירה מקיפה בנושא שפרסם באוקטובר האחרון ReportLinker, בשנת 2020 הסתכם השוק העולמי של תעשיות האלקטרואופטיקה הביטחוניות ב-11.9 מיליארד דולר, ועד 2026 הוא צפוי לטפס ל-16.3 מיליארד עם קצב צמיחה שנתי של 5.4%. עיקר הצמיחה תגיע מהממד האווירי. בחלוקה לשווקים, התעשיות האמריקאיות היו צפויות להגיע לנתח שוק של 42.51% עם מחזור של 5.2 מיליארד דולר ב-2021. לסין חוזה הסקירה צמיחה של 6.9% בשנה, עד מחזור של 2.1 מיליארד דולר ב-2026. שווקים נוספים המתבלטים בתחום הם קנדה, גרמניה ויפן, אשר להן חזויה צמיחה שנתית של 5.2%, 4.6% ו-3.8% בהתאמה. בין היישומים הנזכרים כבעלי פוטנציאל גידול מיוחד: רדארי הדמאה לפלטפורמות אוטונומיות בכל הממדים, אמצעי איתור בלב ים וכלים ללוחמה בטרור.
נפלאות החישה מרחוק
המדע הזה, כפי שמסגיר שמו, מורכב משני חלקים: האלקטרוניקה והאופטיקה. הוא מלווה אותנו כבר מסוף המאה ה-19 - את הגילוי הראשון של האפקט האלקטרואופטי מקובל לייחס לפיזיקאי הגרמני ממוצא יהודי היינריך הרץ, מי שבנה ב-1888 מכשיר ראשון ששידר וקלט גלי רדיו. כעשרים שנה לאחר מכן סיפק פיזיקאי גרמני-יהודי אחר, אלברט איינשטיין, את ההסבר המפורט לתופעה.
הספקטרום האלקטרומגנטי הוא סקאלה המייצגת את כל אורכי הגל הקיימים בטבע, כולל גלי רדיו, רנטגן, מיקרוגל ועוד. העין האנושית, מן הסתם, מסוגלת לראות רק חלק קטן ממה שמתחולל מסביבה, והיא ודאי לא יכולה לזהות תדר או חתימה ספקטרלית של עצמים. כאן בדיוק נכנסים לתמונה החיישנים, שמסוגלים לא רק "לראות" אורכי גל נוספים, אלא גם לאתר אותם ממרחקים.
חישה מרחוק (Remote sensing) מבוססת על קליטת פוטונים שמטרה כלשהי פולטת או מחזירה. הפוטונים נקלטים בגלאי - מצלמה, אנטנה, גלאי תרמי - שמותקן במטע"ד (מטען ייעודי, Payload) על גבי פלטפורמה יבשתית, ימית, אווירית או לוויינית, כמו גם בטילים ובפצצות מדויקות. חישה מרחוק יכולה להיות פסיבית - קליטת חלקיקי אור או חום שהמטרה פולטת (או מחזירה בעצמה, כמו את אור השמש למשל) או אקטיבית - המסתמכת על הארה יזומה של רדאר, ציין לייזר וכדומה.
כיום המערכות הקיימות מסוגלות לסרוק את הספקטרום האלקטרומגנטי כדי לכסות את התחום הנראה, את הקרינה האינפרה אדומה (תת-אדום, IR, באורך גל ארוך מהאור הנראה לעין של 750 ננומטר עד מילימטר) ואת הקרינה האינפרה סגולה (על-סגול, UV, באורך גל קצר מהאור הנראה לעין של 400-10 ננומטר). קיימים גם חיישנים היפר-ספקטרליים, המסוגלים להתמודד עם שטחים עצומים או עם מגבלת ראות כגון רשתות הסוואה, ואף חיישנים מולטי-ספקטרליים, בעלי יכולת לסרוק בו בזמן אורכי גל שונים. אלו האחרונים נחשבים ליעילים ולחסכוניים במיוחד כדי לספק, למשל, מגוון תובנות על תא שטח באמצעות גיחה אחת של פלטפורמה מוטסת.
לשנות עולם כעוד יום במשרד
את שפע התוצרים שמניבה התעשייה האלקטרואופטית מקובל לחלק, גם בראי ההשקעות בתחום, למספר קבוצות עיקריות: סיבים אופטיים (Fiber optics), חיישני הדמאה (Image sensors), חיישני מצב מסוגים שונים (Position sensors), חיישני אור סביבה (Ambient light sensors), חיישני קרבה או מרחק (Proximity sensors), חיישני אינפרה אדום (Infrared Sensors) ואחרים. כאמור, היישומים רלוונטיים למגוון רחב של תעשיות, ובראשן, לצד התעשיות הביטחוניות, גם מניעת פשיעה, תעשיות הנפט והגז - בעיקר סביב חיפוש מרבצים בלב ים, תעשיית הבית החכם, הרכב האוטונומי ועוד.
מאחורי כל פיתוח משנה חיים או תגלית מצילת חיים בתחום עומדות, על פי רוב, שנים על גבי שנים של מחקר ופיתוח, ניסוי וטעייה, והרבה מאוד פעולות הנדסיות, מתמטיות ולוגיות. כל זה, יחד עם החיבור ל-AI, הופך את תעשיות האלקטרואופטיקה לרב–תחומיות במיוחד עם ביקוש עצום למהנדסים ומפתחים, אנשי חומרה ותוכנה, מתמטיקאים ואלגוריתמאים, ובעיקר אנשים עם ראש על הכתפיים ומחשבה מחוץ לקופסה.
לצד האתגרים הייחודיים ואפשרויות הקידום, במרבית החברות העוסקות באלקטרואופטיקה מלווה את העובדים גם תחושת שליחות גדולה וידיעה שכל פריצת דרך במעבדה יכולה להשפיע על מיליוני בני אדם - מהשבת מאור עיניים ועד שדרוגים של כיפת ברזל, מבניית חליפת הגנה היקפית לטנק ועד המרוץ למאדים.
החברות הישראליות מהוות סוג של תו תקן עולמי בתחום, כאשר התעשיות הביטחוניות, עם חיבור הדוק לאקדמיה ולגופי המחקר, נמצאות בחוד החנית. על פי רוב, החברות המובילות המתמחות באלקטרואופטיקה הן היברידיות מבחינת הטכנולוגיות והתוצרים - עם שימושים אזרחיים וצבאיים כאחד. עבור המהנדסות והמהנדסים המועסקים בהן, מדובר ביתרון עצום של העצמת הניסיון והידע, אפשרויות רבות יותר להתקדם רוחבית בחברה והרבה מאוד גיוון ועניין.
מהרדיו של הרץ ועד למטוורס
מאז מהנדס הרדיו הראשון בעולם עבר מדע האלקטרואופטיקה שפע של פיתוחים, ויישומים חדשים נולדים ללא הפסקה. אחד הגלגולים המעניינים כעת בענף הוא קונספט התחזוקה המונעת (Preventive maintenance) - מעבר מאיתור וזיהוי של תקלות, לפעולות אפקטיביות לשם מניעתן. סנסורים רגישים במיוחד, בשילוב טכנולוגיות מתקדמות של בינה מלאכותית, יודעים כיום להתחקות אחר דפוסים ולהבחין מבעוד מועד בחריגות מהם, במטרה להתריע בזמן אמת על פגם מתהווה.
כמובן, אי אפשר להתעלם מעולם המציאות המדומה (VR) והמציאות הרבודה (AR), שעתיד בשנים הקרובות למלא חלק יותר ויותר מרכזי בחיינו - עיין ערך מהפכת המטוורס שמקדמות פייסבוק (כיום מטא) ושאר ענקיות הטכנולוגיה העולמיות. אין ספק שגם התחום הזה ימגנט אליו יכולות רבות ומגוונות של סנסורי הדמאה, יכולות התמצאות במרחב ויישומים נוספים של מדע האלקטרואופטיקה.
תחום נוסף שצובר באחרונה תאוצה הוא גיוס הטכנולוגיות והידע הרלוונטי לתועלת הסביבה, כמו גם לבדיקת איכות האוויר, המזון והמים. זאת, בין היתר, בתגובה לביקורת כלפי הנזקים שהסבו לא מעט תעשיות. ככל שיגברו המודעות הצרכנית, המחויבות לאחריות תאגידית והרגולציה, סביר שנראה יותר ויותר חיישנים פעילים שתורמים להתייעלות בכלל ולהתייעלות אנרגטית בפרט.
אמרה ידועה של חוקרים ומדענים גורסת כי "אין כמעט בעיה שאי אפשר לפתור בעזרת החיישן המתאים - זו רק שאלה של החלטה ומשאבי מחקר ופיתוח". אם לשפוט על פי הצימאון בתעשיות והמגמות הנוכחיות בשוק ההון ובשוק העבודה, לא מעט בעיות יבואו על פתרונן כבר בעתיד הקרוב.
