ממצוינות מדעית למצוינות יישומית

פרופ' אורי בנין, מקים המרכז לננו-טכנולוגיה באוניברסיטה העברית, ופרופ' אוריאל לוי, מנהלו הנוכחי, מדברים על הבאת היכולות המתקדמות בננו-חומרים אל השוק המסחרי כדי לאפשר שימושים מגוונים. "אנחנו מצמיחים דור חדש של סטודנטים שגדלים לחשיבה יותר יישומית, מבלי להתפשר על איכות מדעית", הם אומרים ומספרים על שבירת מחיצות בין הדיסציפלינות המדעיות באמצעות ננו-מדע

אסף לבנון, בשיתוף המרכז לננו-טכנולוגיה באוניברסיטה העברית
תוכן שיווקי
שתפו כתבה במיילשתפו כתבה במייל
חדר נקי ננו-פבריקציה | צילום: יואב דודקביץ'
חדר נקי ננו-פבריקציה צילום: יואב דודקביץ'
אסף לבנון, בשיתוף המרכז לננו-טכנולוגיה באוניברסיטה העברית
תוכן שיווקי

"האתגר המרכזי שננו-מדע וננו-טכנולוגיה מטפלים בו הוא שבירת מחיצות בין הדיסציפלינות המדעיות השונות. כל חוקר קנאי לדיסציפלינה שלו - בין אם מדובר בכימיה, פיזיקה, רוקחות, רפואה, ביולוגיה ומדעי החיים. לכל אחד מתחומים אלו יש את שפתו, גישתו, מחקריו, תוכנית הלימודים שלו והעיתונות המדעית שבה מפרסמים המדענים והמדעניות. האתגר היה לגרום למחיצות האלו ליפול וליצור שפה משותפת בין חוקרים המתעניינים באותו עולם ננו-סקופי, על כל ייחודו".

פרופ' אורי בנין צילום: נתי שוחט, פלאש 90
פרופ' אוריאל לוי צילום: יורם אשהיים

את הדברים האלו אומר פרופ' אורי בנין, מקים המרכז לננו-מדע ולננו-טכנולוגיה באוניברסיטה העברית בירושלים. כשהקים את המרכז ב-2001 חזונו היה קידום תחום זה, שאז היה חדש. כיום, כשהתחום מבוסס, מוכר וסטנדרטי בכל מוסד מחקר שמכבד את עצמו - זו הזדמנות טובה להסתכל אחורה ולסקור את הישגי המוסד בעזרת מקימו, שכיהן כראשו במשך עשור, ובעזרת מנהלו הנוכחי - פרופ' אוריאל לוי. פרופ' לוי הגיע לתחום הננו מרקע של פיזיקה יישומית. מחקריו מתמקדים בהתקנים ננו-פוטוניים. תחת הנהגתו, המרכז שם דגש חזק על הבאת היכולות המתקדמות בתחום הננו-חומרים אל השוק המסחרי, כך שיאפשרו שימושים מגוונים, מחיישנים וצגים ועד פתרונות אנרגיה והדפסת חומרים מתקדמים.

"פרופ' בנין הקים את המרכז כך שייתן מענה לקבוצה גדולה של חוקרים ויאפשר להם לנהל את מחקריהם השונים בצורה מיטבית, עם ציוד תשתיתי מתקדם שאז לא היה קיים באוניברסיטה העברית", אומר פרופ' לוי. "עם הזמן צמח המרכז והתפתח עוד יותר, וכולל את יחידת הננו-איפיון, שמנוהלת על-ידי ד"ר אינה פופוב ואת החדרים הנקיים של יחידת הננו-ייצור, שהעבודה בהם מתבצעת בהובלתו של ד"ר שמעון אליאב. לפני כמה שנים הצטרפה יחידה משמעותית נוספת: יחידה להדפסת תלת-מימד, אותה יזם פרופ' שלמה מגדסי ומוביל כיום ד"ר יריב פינטו. כיום מונה המרכז כ-100 קבוצות מחקר, המכסות מגוון רחב של דיסציפלינות, מפקולטות וממחלקות שונות באוניברסיטה העברית. חוקרי ננו-פוטוניקה, מדעני חומרים בפיזיקה ובכימיה, אנשי ביו-טכנולוגיה, חקלאות וסביבה - כולם נפגשים סביב העולם הננו-מטרי".

"הרעיון היה לייצר לנו יכולות מחקר באמצעות תשתיות מחקר מתקדמות מאוד, שיאפשרו היקף עבודה רחב בהרבה מעבר למה שחוקר יחיד, או קבוצת מחקר, יכולים להגיע אליהם", מבהיר פרופ' בנין. "ובאמת, לאורך השנים הלכו היכולות ושודרגו ואנו כל הזמן חוזים בהתפתחויות טכנולוגיות המאפשרות לנו לראות ביתר דיוק וברזולוציה גבוהה חומרים זעירים ולחקור אותם ואת תכונותיהם. האוניברסיטה העברית בהחלט עומדת באתגר לספק לנו את הציוד העדכני והיקר, המאפשר לקיים ולקדם את התשתיות המחקריות הללו ברמה הגבוהה ביותר האפשרית. זה סולל את הדרך לחוקרים וגם לסטודנטים, שלומדים לתפעל את המכשור המתקדם הזה - מה שמכין אותם לעבודה הן בתעשייה המתקדמת והן באקדמיה. אם אני מסתכל על הסטודנטים שלי מאז ועד היום - הרבה מהם לומדים וחווים את התחום תוך כדי לימודיהם וגדלים לתוך העולם הזה".

מולקולות מלאכותיות מננו גבישים. פרופ' אורי בנין, דר סומנת' קוליצילום: באדיבות האוניברסיטה העברית

"הם לומדים איך לחשוב על יישום, איך לוקחים תגלית ועושים ממנה פטנט שניתן ליישם ולמסחר", מוסיף פרופ' לוי. "כשאני מדבר עם סטודנט, אני שואל אותו שלוש שאלות: 'מה אתה עושה?', 'למה אתה עושה את זה?' ובסוף, 'למי ולמה זה חשוב?'. אנחנו מצמיחים דור חדש של סטודנטים, שגדלים לתרבות של חשיבה יותר יישומית, מבלי להתפשר על איכות מדעית. אני גאה במיוחד בתפוקות המחקריות שלנו מבחינת הרמה, האיכות והכמות. למעלה מ-400 מאמרים אקדמיים של חברי המרכז מפורסמים מדי שנה בעיתונות הבין-לאומית המובילה בתחומה".

"נוצרה פה מעצמת ננו-טכנולוגיה"

שני הפרופסורים זוקפים רבות מהגישה הזאת ומהצלחתה למיזם הלאומי לננו-טכנולוגיה (INNI). התוכנית, שהושקה ב-2002 בוועדה שבראשה עמד ד"ר דן מידן, הצליחה מאוד וקידמה את התחום ברמה הלאומית. פרופ' יעקב זיו, שכיהן אז כנשיא האקדמיה הישראלית למדעים, זיהה את חשיבות תחום הננו לישראל וביקש מד"ר מידן לעמוד בראש ועדה שתתווה מדיניות לנושא. "הייתי אז איש סגל צעיר שהתמנה לחבר בוועדה", נזכר פרופ' בנין. "זה היה שולחן ישיבות שבצידו האחד ישבו אנשי אקדמיה ובצידו השני אנשי תעשיה. זה איפשר שיח מאוד מגוון עם דעות שונות. אנשי האקדמיה היו עמוק בתוך המחקר, בעוד שהצד התעשייתי משך ליישום. בסופו של דבר, מהניגוד הזה נוצר שיח פורה, ממנו נולד מודל מימון ששליש ממנו הגיע ממקורות לאומיים, כמו משרדי ממשלה והוועדה לתכנון ותקצוב של המועצה להשכלה גבוהה. לאורך 12 שנות התוכנית הושקעו כ-300 מיליון דולר במודל מימון משולש: כספי מדינה, מקורות האוניברסיטה ותרומות. כך נוצרה פה מעצמת ננו-טכנולוגיה ברמה בין-לאומית. זה עזר מאוד לאפשר לפעילות לא להישאר ברמה המדעית, אלא להתקדם הלאה - לפטנטים, למסחור, לחברות סטארט-אפ. אפשר לומר שבפירוש נוצר שינוי תרבותי משמעותי תחת המעטפת הזאת. יש המון חוקרים שמחקריהם הבסיסיים התפתחו לטכנולוגיות אמיתיות שמוסחרו. הם נתנו דוגמה לשאר העוסקים במלאכה וזה הפך לחלק מהתרבות כאן".

פרופ' לוי: "אם שואלים אותי מהו החזון שלי כראש המרכז כיום, התשובה היא שהוא יהיה מוביל עולמי בתחומי הננו-מדע וננו-טכנולוגיה. להיות החדשניים ביותר, לדאוג שהמחקרים המבוצעים כאן יהיו הכי Cutting Edge וכשיגידו בישראל ובעולם 'ננו-טכנולוגיה' - יזהו את זה עם המרכז שלנו. במובנים רבים אנחנו כבר שם. אנו שואפים ללוות את הסטודנטים שלנו כל הדרך עד להפיכתם לדור הבא של מובילי התחום. קבוצות המחקר שלנו זוכות בהרבה מאוד מענקי מחקר יוקרתיים, למשל מענקי ה-European Research Council, שנחשבים ליוקרתיים ביותר באירופה. יש עוד מאות מענקי מחקר אחרים, שבאים ממקומות רבים בארץ ובחו"ל: התעשייה הישראלית, רשות החדשנות, משרד הביטחון, משרד המדע, גופים אמריקאים ועוד.

"מטרה נוספת שלנו היא להביא להחזרת חוקרים ישראלים מחו"ל. שהטאלנטים של התחום יעבדו כאן ולא שם. יש לנו את היכולת לספק להם את כל התנאים הדרושים, מהמיקרוסקופים האלקטרוניים הטובים ביותר בעולם, כאלו שניתן לראות בהם אטום בודד, ועד חדרים נקיים שנגישים לכל. כל חבר אוניברסיטה יכול לבוא ולהשתמש בהם וכך גם אנשי תעשייה, להם אנו שמחים לתת גישה ליכולות המחקר מכל הסוגים. ובאמת, יש לנו שיתופי פעולה עם גורמים רבים, שמגיעים לכאן כדי להשתמש בתשתיות שלנו וליצור קשר עם החוקרים כך שיעזרו להם וישדרגו אותם. הם באים לעשות שימוש במיקרוסקופ, או לייצר דגם בחדר הנקי, ואז יוצרים שיתוף פעולה עם חוקר שלנו, שמסביר להם מה הם רואים שם, כיצד ניתן לשפר את הדגם ומייעץ להם כיצד ניתן לפתור בעיות פיתוח איתן הם מתמודדים".

להתערב בתכונות החומר, להקנות לו תכונות

כדוגמה למיזם שנולד במרכז מביא פרופ' בנין את חברת Qlight Nanotech, אותה הקים ב-2009 ובה יישם מספר פטנטים שלו בתחום הננו-גבישים. החברה, שפיתחה טכנולוגיה למסכי תצוגה, נרכשה ב-2015 על-ידי חברת הענק הגרמנית Merck (ראו כתבה במוסף זה) והפכה לחלק ממנה. עם זאת, מטה החברה נשאר בסביבת המרכז, בפארק היי-טק של האוניברסיטה העברית, שם הוא ממשיך להשתמש בשירותיו. "המיקום בקמפוס, בסמוך למרכז הננו, מספק לנו נגישות לציוד המתקדם ביותר שקיים ולסביבה האקדמית המקצועית", מעידה מנהלת Qlight Nanotech, נועה לפידות. "לטכנולוגיית הננו יש יתרון גדול כשמדובר במסכי תצוגה", מסביר פרופ' בנין. "עצם זה שמקטינים חלקיק לרמה ננו-מטרית מאפשר קבלת צבע שונה ומדויק במיוחד. גודל הנקודה הקוונטית ואפקט התיחום הקוונטי משחקים תפקיד משמעותי. השימוש בטכנולוגיה גם מאפשר חיסכון אנרגטי למסך. מכאן איכותם הגבוהה ויתרונותיהם של מסכי LCD המשלבים נקודות קוונטיות מסוג זה, שהופכים לסטנדרט. הטכנולוגיה הזאת נמצאת כבר היום במסכים רבים, כך שמדובר בדוגמה טובה למצוינות מדעית שלאחר מכן מתבטאת במצוינות יישומית".

חדר נקי ננו-פבריקציה צילום: יואב דודקביץ'

פרופ' לוי: "דוגמה נוספת היא חברת TriEye, שהוקמה על בסיס טכנולוגיה שפותחה על-ידי קבוצת המחקר שלי. החברה משתמשת בגישות חדשות וייחודיות לפיתוח חיישנים ומצלמות לתחום הגלים הקצרים אינפרא אדום. בניגוד לפתרונות הקיימים, שעולים עשרות אלפי דולרים, החברה מייצרת מצלמות איכותיות, תוך שימוש בטכנולוגיית CMOS, ולפיכך, מחיר החיישן דומה למחירים של חיישנים בתחום הנראה. בחיישנים אלו ניתן להשתמש עבור מגוון תחומים, מתחום הרכב ועד תחומים כמו רפואה, אבטחה וביומטריקה. בעתיד אף ניתן יהיה לשלב חיישנים כאלו בטלפונים סלולריים. החברה מעסיקה כיום קרוב ל-100 עובדים, וגייסה עד כה הון של קרוב ל-100 מיליון דולר. בנוסף, אני גאה במיוחד בעובדה שסטודנט שלי, אבי בקל, שגדל אצלנו במרכז הננו, משמש כמנכ"ל החברה ומוביל אותה בהצלחה יתרה".

איך הייתם מתארים את שיטת העבודה במרכז?

פרופ' לוי: "אנחנו עובדים בשתי שיטות: Top Down ו-Bottom Up – כלומר, לחפור בקיים ולזקק אותו, או לבנות את השכבות יש מאין. ב-Top Down זה כמו שיש סלע וחוצבים בו עד שמגיעים ליצירת פסל. ב-Bottom Up התהליך יותר כימי והשכבות נבנות מלמטה למעלה. אנחנו מצטיינים בשילוב בין שתי התפיסות הללו. התשתיות שלנו, בשילוב עם הידע הייחודי הקיים במרכז, מאפשרות לעבוד בצורה יצירתית ולהגיע לפתרונות מגוונים דרך ביצוע ניסויים ברמה הגבוהה ביותר. זה מתחיל במחקר בסיסי של הבנת תכונות המבנה והחומר ומסתיים בפתיחת צוהר ליישומים שיגיעו לשוק ויסייעו לכל תצוגה - כפי שהזכיר פרופ' בנין בדבריו על Qlight - וכן לאנרגיית שמש או סוללות, חיישנים וגלאים, קטליזה ופיתוחים לתחום הרפואה. בעזרת טכנולוגיות ננו-מטריות ניתן כיום לייצר פתרונות, כגון שחרור מבוקר דרך ממברנות ננו-מטריות, או תרופה ייעודית התוקפת רק את התא הנגוע. הכל מתחיל ממדע בסיסי טוב ויכול להסתיים בתגליות מרעישות ובמוצרים המשפיעים על חיי היום-יום של כולנו".

פרופ' בנין: "הייחוד בעולם הננו-מטרי הוא שניתן לבנות חומרים חדשים, למעשה להמציא ולקבל חומרים עם תכונות שאינן קיימות בטבע. חומרים בתחום הזה מתנהגים אחרת לגמרי ממצב של מוצק גדול, מה שנותן דרגת חופש חדשה לשליטה שבדרך כלל לא ניתן להגיע אליה. כשיורדים לרמה ננו-מטרית מקבלים משפחה חדשה של חומרים. כך ניתן להשיג מאותו החומר תכונות שונות ונשלטות. ברגע שאני יכול להתערב בתכונות החומר אני גם יכול להקנות לו התנהגות רצויה, ובזכות גישת ה Bottom-Up גם לשלב אותו במגוון יישומים. אם ניקח לדוגמה את הקניית הצבע המשודרגת למסכי LCD. בזכות התכונות של עולם הננו ניתן לשלוט בצבע של הנקודות הקוונטיות ולשלבן בפילם פלסטי, שנכנס למבנה מסך קיים ומקנה לו איכויות חדשות".

יצרתם פיתוחים רלוונטיים לתקופת הקורונה?

פרופ' לוי: "קבוצה גדולה של חוקרים במרכז מפתחת מגוון שיטות לאיפיון ובדיקות קורונה יעילות ומהירות. עוד אנחנו פעילים בתחום חיטוי משטחים. ניתן ליצור שכבות חד-אטומיות ננו-מטריות הידרופוביות הדוחות את הזיהום ולא מאפשרות לו להידבק למשטח. מספר חוקרים השייכים למרכז עובדים על הטכנולוגיה הזאת בימים אלו ומצפים לשלב בו תוכל לצאת לשוק".

להביא לשוק ידע חדשני

דבר נוסף אליו מצפים בכיליון עיניים במרכז לננו-מדע וננו-טכנולוגיה באוניברסיטה העברית הוא הקמת בניין חדש, בשיתוף עם מרכז הקוונטים. מדובר בבניין בן חמש קומות, שיהיה החדיש מסוגו בארץ וישכן את כל הפונקציות המדעיות החשובות והציוד התשתיתי העכשווי. מעבדות ליבה חדשניות שייפתחו בו יאפשרו שיתוף פעולה מיידי בין קבוצות מחקר שונות ועבודה משותפת שלהן עם התעשייה. מרכז הדפסת תלת-מימד שייפתח במקום יציע יכולות יישומיות ושימושיות לחוקרים.

במרכז הננו מאמינים שהשדרוג ילהיב את הסטודנטים הקיימים ויביא חדשים, שיעלו על המסלול שבסופו יוכלו להביא את יתרונות טכנולוגיית הננו-מטריה לתעשייה. תוכנית מולטי-דיסציפלינרית לתואר שני לסטודנטים וסטודנטיות מצטיינים במיוחד שואפת להוציא אותם לשוק עם כלים שיהפכו אותם עם הזמן לבכירים ובכירות בתעשייה או באקדמיה הישראלית. "זה מסלול מדהים שנותן רקע חזק מאוד בתחומי מדע רבים ומבטיח את עתידם המקצועי של הסטודנטים, תוך הפיכתם למומחים וחוקרים בתחום הננו", מספר פרופ' בנין. "הוא מדגיש את החשיבות שאנו נותנים למולטי-דיסציפלינריה ולהבאת הצד המדעי אל תוך העולם היישומי של התעשייה המתקדמת. כשאני נזכר בעצמי כסטודנט, אני מבין עד כמה כשהקמתי את קבוצת המחקר שלי ב-1997 לא הכרתי את הקטע היישומי. לא ידעתי מה זה פטנט ומה עושים איתו ואיך בכלל מתחילים לחשוב על זה. רק מאוחר יותר נוצרה המהפכה בה חושבים איך אפשר ליישם את טכנולוגיית הננו בשוק המסחרי-תעשייתי. כשאני, כחוקר ואיש סגל, רשמתי את הפטנט הראשון שלי, על ננו-גבישים שפולטים אינפרא אדום, לא ידעתי איך לתרגם אותו ליישום בו הם משולבים בהתקנים אלקטרוניים, דוגמת התקנים פולטי אור ומצלמות. הייתי צריך ללמוד את זה".

פרופ' לוי: "אכן, אי אפשר להשוות בין תפיסת המחשבה של אז להיום, כשיש לנו כל כך הרבה שיתופי פעולה עם התעשייה וכשרואים את כל המיזמים הרבים שצמחו מהאוניברסיטה והפכו לחברות סטארט-אפ. כיום זהו חלק מהייחודיות של המרכז, ייחודיות המגיעה לצד פתיחות, גמישות, הקפדה על פרטים ורמה מדעית וטכנית גבוהה ובלתי מתפשרת. סטודנט שנכנס בשערינו יכול להיות בטוח שהלימודים יאפשרו לו להביא לשוק ידע חדשני ולרתום אותו לטובת הכלל".

המרכז לננו-טכנולוגיה באוניברסיטה העברית:

102 חוקרים חברי מרכז
600 סטודנטים
30 סטארט-אפים וחברות שהוקמו
1,100 הגשות לפטנטים, 253 אושרו
29 מענקי ERC ועוד עשרות פרסים יוקרתיים
400 מאמרים בעיתונות בינ"ל מובילה מידי שנה

nano.huji.ac.il

בשיתוף המרכז לננו-טכנולוגיה באוניברסיטה העברית