מחקרים

המחקר הובל על ידי ד"ר בת-אל פנחסיק מבית הספר להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, ופרופ' אמיר אילי מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, בית הספר סגול למדעי המוח ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט באוניברסיטת תל אביב, המסטרנטים שי זוננרייך ושמואל גרשון מבית הספר להנדסה מכנית' וכן חוקרים מהאוניברסיטה הטכנית של דרזדן בגרמניה. המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי Advanced Functional Materials.

"במעבדה שלי אנחנו חוקרים מנגנונים מכניים בטבע, בין היתר במטרה לשאוב מהם השראה לפתרון בעיות טכנולוגיות שונות. לאחרונה אנו מבצעים סדרת מחקרים בשיתוף עם המומחה לחקר הארבה פרופ' אמיר אילי, כדי להבין את המנגנון באמצעותו חופרת נקבת הארבה בור שבו היא מטילה את ביציה. מדובר במנגנון ייחודי שמורכב משני זוגות של איברים דמויי כפות שנפתחים ונסגרים באופן מחזורי, חופרים באדמה ומהדקים את החול לדפנות", מסבירה ד"ר פנחסיק.

"ידוע שלהרבה מנגנונים בגופם של חרקים בכלל, וארבה בפרט, יש עמידות גבוהה לשחיקה מכנית. כך לדוגמה גפי הפה הלועסות, שהן חיוניות לאכילה ונמצאות בשימוש יומיומי, עשויות מחומר עמיד ביותר. גם כפות החפירה משמשות את נקבת הארבה לפעולה מכנית עצימה, אך הן מופעלות רק 3 או 4 פעמים במהלך חייה, כשהיא מטילה ביצים. אנחנו ביקשנו לבחון אם גם כפות החפירה, העשויות מחומר קוטיקולרי קשיח, צוידו על ידי האבולוציה בעמידות גבוהה לשחיקה מכנית", ממשיך את דבריה פרופ' אילי.

^{צוות המחקר. מימין: המאסטרנט שי זוננרייך, ד"ר בת-אל פנחסיק ופרופ' אמיר אילי}

החוקרים בחנו את כפות החפירה בשלוש קבוצות שונות של נקבות ארבה: צעירות שטרם הטילו, בוגרות שהוחזקו בתנאים שלא אפשרו להן להטיל ביצים, זאת כדי לבחון אם הגיל בפני עצמו גורם לשחיקה, ומבוגרות שכבר הטילו שלוש או ארבע פעמים. כדי לאפיין את המבנה הפנימי והחוזק של כפות החפירה נעזרו החוקרים בטכנולוגיות מתקדמות של מיקרוסקופיה קונפוקלית, דימות תלת-ממדי פלורסנטי, ומאיץ חלקיקים (סינכרוטרון), על ידי הקבוצה הגרמנית. הממצאים העלו שכפות החפירה נשחקו במידה משמעותית וכי אין להן מאפיינים של עמידות גבוהה לשחיקה מכנית. בין היתר לא נמצאו בהן יונים של מתכות שתורמים לחיזוק החומר, המאפיינים חומרים ביולוגיים עמידים במיוחד.

ד"ר פנחסיק מסכמת: "כמו רוב בעלי החיים, גם נקבות הארבה מסיימות את חייהן לאחר שמילאו את תפקידן הביולוגי, כלומר סיימו להתרבות - שלושה עד ארבעה מחזורי הטלה. במחקר זה מצאנו שהאבולוציה תכננה את כפות החפירה שלהן כך שיעמדו במשימתן באופן מדויק, לא יותר ולא פחות. זוהי דוגמה נהדרת לעיקרון של 'טוב דיו' (good enough) בטבע: באיבר לא הושקעו משאבים מיותרים כשאין בכך צורך. כבני אדם אנחנו יכולים ללמוד מכך לא מעט על חיסכון בחומרים, באנרגיה ובמשאבים. כמהנדסים שמפתחים מוצרים עלינו להבין היטב את הצורך ולתכנן עבורו מענה מדויק, ולהימנע מהנדוס-יתר של מוצרים כשאין בכך צורך אמיתי. כך נוכל אף למנוע נזק סביבתי עצום שנגרם על ידי ייצור-יתר של מוצרים מיותרים".

חוקרים במחלקה להנדסת תעשייה בפקולטה להנדסה של אוניברסיטת תל אביב הובילו מחקר פורץ דרך בתחום של מגפות ובריאות הציבור: כ-5,000 משתתפים ענדו במשך שנתיים שעון חכם המודד סמנים ביולוגיים ובמקביל ענו מדי יום על שאלות בנוגע לבריאותם. על פי הממצאים, הטכנולוגיה הלבישה זיהתה שינוי במדדים פיזיולוגיים מרכזיים עשרות שעות לפני שהמשתמש חש בתסמינים הראשונים: פערים של 23 שעות בממוצע במקרה של קורונה, 62 שעות בסטרפטוקוקוס A, ו-73 שעות בשפעת.

החוקרים: "הטכנולוגיה הלבישה מאפשרת אבחון מוקדם שעשוי לגרום לשינויי התנהגות, כמו הפחתת מגעים חברתיים, כבר בשלב מוקדם של המחלה. באופן זה ניתן לבלום את התפשטות המחלה, ואף למנוע מגפות עולמיות בעתיד".

המחקר הובל על ידי פרופ' דן ימין, מומחה לאפידמיולוגיה ולמידול מחלות זיהומיות, וראש המעבדה לבריאות דיגיטלית, ופרופ' ארז שמואלי, ראש המעבדה לנתוני עתק, שניהם מהמחלקה להנדסת תעשייה. עוד השתתפו במחקר: תלמידי המחקר שחר שניר ומתן יחזקאל מהמחלקה להנדסת תעשייה, ד"ר טל פטלון, מנהלת מכון קאהן- סגול-מכבי למחקר ולחדשנות של מכבי שירותי בריאות, וכן יופנג צ'ן ופרופ' מרגרט ברנדו מהמחלקה למדע והנדסת הניהול באוניברסיטת סטנפורד בארה"ב. המאמר פורסם בכתב העת Lancet Regional Health Europe.

להקדים תרופה למכה?

מסביר פרופ' ימין: "מחלות זיהומיות ומגפות מהוות איום משמעותי ביותר עבור האנושות, וכדי למנוע אותן עלינו לרתום את מלוא יכולותינו בתחומי המדע והטכנולוגיה. מחקרים העלו שכ-40% מההדבקות במגפת הקורונה התרחשו בערך יום לפני הופעת התסמינים הראשונים. כלומר, המדביק עדיין לא ידע שהוא חולה. במחקר זה בדקנו אם טכנולוגיות לבישות מסוגלות להקדים את האבחון, וכתוצאה מכך להפחית את ההדבקה ולמנוע התפשטות של מחלות זיהומיות".

במחקר, שארך שנתיים, השתתפו 4,795 ישראלים מעל גיל 18. המשתתפים ענדו שעון חכם שניטר באופן רציף מדדים פיזיולוגיים שונים, עם דגש על דופק ברזולוציה של 15 שניות, ועל שונות פעימות הלב (HRV). לדברי פרופ' ימין, "מדדי הדופק ושונות פעימות הלב מספקים מידע קריטי על שתי המערכות החשובות ביותר בגופנו  - הלב והמוח. המוח צורך אנרגיה רבה ושורף ללא הרף חמצן שהוא מקבל ממערכת הלב ומחזור הדם. לכן כל שינוי בפעילות או במצב הבריאותי משתקף  בשינוי במדד השונות בפעימות הלב. בעת מחלה הגוף מפנה את עיקר תשומת הלב למערכת אחת – המערכת החיסונית שנלחמת במחלה, וכתוצאה מכך קצב הלב עולה אך נותר יציב  למדי, ולכן שונות הפעימות נמוכה. בדרך זו יכול מדד השונות להצביע על מצב דחק גופני".

בנוסף לשימוש בשעון חכם ענה כל משתתף על שאלון יומי בנוגע למצבו הבריאותי: איך אתה מרגיש פיזית? איך אתה מרגיש מבחינה נפשית? האם עסקת בפעילות גופנית? האם יש לך תסמינים כלשהם? וכו'. כמו כן, קיבלו המשתתפים ערכות בדיקה ביתיות לשלוש מחלות שונות - קורונה, שפעת, וסטרפטוקוקוס A, והשתמשו בהן לפי הצורך. כך, במהלך השנתיים, אספו החוקרים כ-800,000 שאלונים, ומידע זה הוצלב עם הנתונים שהתקבלו מהשעונים החכמים. בסך הכול זוהו 490 מקרי שפעת, 2206 מקרי קורונה, ו-320 מקרים של סטרפטוקוקוס A.

מודלים שנבנו על סמך הנתונים זיהו שלוש נקודות קריטיות בזמן לאחר החשיפה למחלה זיהומית, לדוגמה קורונה: א. 96 שעות לאחר ההדבקה – החיישנים מזהים חריגה ראשונה במדדי קצב הלב; מרווח הזמן מכונה על ידי החוקרים 'תקופת דגירה דיגיטלית'.  ב. 130 שעות אחרי ההדבקה - החולה חש בתסמין ראשון של המחלה; מרווח הזמן ידוע כ'תקופת דגירה'.  ג. 168 שעות (בממוצע) אחרי החשיפה - החולה מבצע בדיקה לאבחון המחלה; מרווח הזמן מכונה 'התקופה עד החלטת האבחון'. עוד עלה מהמחקר כי הזמן שחולף בין ההדבקה לאבחון הדיגיטלי, כלומר תקופת הדגירה הדיגיטלית, הוא קצר עוד יותר עבור שפעת (24 שעות) וסטרפטוקוקוס A (60 שעות).

פרופ' שמואלי: "אבחון מוקדם הוא חשוב ביותר למניעת התפשטות המחלה, ולמרות זאת מצאנו כי גם לאחר דיווח על תסמינים נטו משתתפי המחקר לדחות את הבדיקה עוד זמן מה – 53 שעות בקורונה, 39 שעות בשפעת, ו-38 שעות בסטרפטוקוקוס A. כתוצאה מכך, במשך פרק זמן ארוך למדי - מההדבקה ועד הבדיקה, הם לא שינו את התנהגותם החברתית והדביקו אנשים נוספים. למעשה גילינו שבממוצע אנשים ביצעו בדיקה ושינו את התנהגותם כששיא המחלה כבר חלף, ההחלמה החלה, וסיכויי ההדבקה פחתו. פרק הזמן שחולף מהאבחון הדיגיטלי עד לבדיקה – 64 שעות בקורונה, 68 שעות בשפעת, ו-58 שעות בסטרפטוקוקוס A, הוא לפיכך קריטי ביותר".

אבחון דיגיטלי: הדרך החדשה למנוע התפשטות

פרופ' ימין: "הממצאים שלנו מעידים שברמת האוכלוסייה אבחון דיגיטלי עשוי לצמצם באופן משמעותי את התפשטותן של מחלות זיהומיות – בכך שיגרום לחולים לשנות את התנהגותם בשלב מוקדם הרבה יותר. השיטה אף עשויה למנוע את המגפה הבאה – על ידי הורדת מקדם ההדבקה אל מתחת ל-1, כאשר כל חולה מדביק פחות מאדם אחד נוסף, והמגפה דועכת." החוקרים מוסיפים שאבחון מוקדם הינו קריטי גם לטיפול יעיל במחלה. ספציפית במחלת הקורונה הטיפולים הקיימים יעילים מאוד רק בשלב מוקדם,  אז הם יכולים למנוע מחלה קשה, אשפוז, ואפילו מוות".

פרופ' ימין מסכם: "בהצעת המחקר, שהוגשה ומומנה ע"י האיחוד האירופאי באוקטובר 2019, זמן קצר לפני שפרצה מגפת הקורונה, טענתי שמחלות זיהומיות מהוות את הסיכון הגדול ביותר לאנושות. איום זה הוא חמור במיוחד בעידן המודרני, המתאפיין בצפיפות אוכלוסין לצד ריבוי טיסות, וריבוי מפגשים --בדגש על העולם המערבי. כפועל יוצא מכך, מופצות מחלות חדשות, מוטציות ווריאנטים בקצב שלא תועד משחר ההיסטוריה. עם זאת, הטכנולוגיה המודרנית עשויה לעזור לנו להתמודד עם האיום ולבנות אסטרטגיות יעילות לרווחת בריאות הציבור. טכנולוגיית השעונים החכמים היא חדשה יחסית, אך כבר עכשיו ברור שיש לה פוטנציאל עצום. חוקרים בכל העולם מפתחים חיישנים לבישים עם רמות רגישות ודיוק שמשתפרות ללא הרף. הטכנולוגיה החדשנית עשויה להוות כלי חשוב ביותר במניעת מגפות עתידיות".

המחקר בוצע על ידי חוקרים מבית הספר לנוירוביולוגיה, ביוכימיה וביופיזיקה,  מהמרכז לננו-מדע וננוטכנולוגיה, מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, ממרכז סגול לרפואה רגנרטיבית, ומבית ספר סגול למדעי המוח באוניברסיטת תל אביב. צוות החוקרות והחוקרים: נועם רהב , עדי סופר, פרופ' בן מעוז, פרופ' אורי אשרי, דניס מררו, אמה גליקמן, מגן בלדג'יללי-לברו, יקי יפה, קשת תדמור, ויעל לייכטמן-ברדוגו.  המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי Advanced Science.

"חוקרים בכל העולם כבר משתמשים במדפסות תלת ממד כדי להדפיס רקמות ביולוגיות לצורכי מחקר. בטכנולוגיה הקיימת ראש המדפסת נע הלוך ושוב, ומדפיס שכבה אחר שכבה של הרקמה המבוקשת. אך לשיטה זו הייתה עד היום בעיה מהותית: לא ניתן להדפיס את הרקמה על גבי מערך חיישנים שיספק לחוקר מידע חיוני על התאים שבתוכה , זאת מכיוון שהראש המדפיס שובר את החיישנים. אנחנו החלטנו לגשת לבעיה המורכבת מכיוון שונה וחדש: אוריגמי", מסביר פרופ' מעוז.

בבסיס הפיתוח החדשני עומד שילוב מקורי ומרתק בין מדע לאמנות. בעזרת תוכנת CAD – תכנון בעזרת מחשב, החוקרים מתכננים מבנה המותאם ספציפית לרקמה המודפסת, על סמך עקרונות קיפולי האוריגמי. מבנה זה משלב בתוכו חיישנים לבדיקת פעילות חשמלית או התנגדות חשמלית של תאים בכל מקום שנבחר בתוך הרקמה. הדגם שבמחשב משמש לייצור מבנה פיזי, אותו מקפלים סביב הרקמה המודפסת, כך שכל חיישן חודר לרקמה ומונח בתוכה בדיוק במקום הנכון. הפלטפורמה החדשנית נקראת MSOP ((multi-sensing origami platform - פלטפורמת אוריגמי מרובת-חיישנים.

הוכחת ההיתכנות של השיטה החדשנית בוצעה ברקמת מוח מודפסת, והחיישנים שהוחדרו לרקמה הקליטו פעילות חשמלית של תאי עצב. עם זאת, החוקרים מסבירים שהמערכת היא ורסטילית ומודולרית: היא מאפשרת לשלב כל סוג ו/או מספר חיישנים, בכל מקום שנבחר, בכל סוג של רקמה ביולוגית מודפסת, וגם ברקמות ביולוגיות שגודלו במעבדה לצורכי מחקר, כמו לדוגמה מוחון – כדור קטן המורכב מנוירונים ומדמה מוח אנושי.

לפני ואחרי. מימין: השבב עם החיישנים, משמאל: לאחר השתלת הרקמה המודפסת על החיישנים

צעד חשוב בקידום המחקר הביולוגי העולמי

"במחקר הראינו שבניסויים על רקמות מוח מודפסות, יש למערכת יתרון נוסף: ניתן להוסיף לה שכבה המחקה את מחסום הדם-מוח  - אותו קרום שמגן על המוח מחדירת חומרים בלתי רצויים, אך חוסם גם תרופות מסוימות שנועדו למחלות מוח. השכבה שאנו מוסיפים עשויה מתאי מחסום דם-מוח אנושי, ומאפשרת לבחון את רמת ההתנגדות החשמלית של תאי המחסום, המעידה על מידת החדירות שלו לתרופות", מוסיף פרופ' מעוז.

"במחקר שלנו יצרנו שילוב 'מחוץ לקופסה' בין מחקר מדעי לאמנות. פיתחנו שיטה המבוססת על קיפולי אוריגמי, שמאפשרת להחדיר חיישנים למקומות מדויקים בתוך רקמה ביולוגית מודפסת, וכך לקלוט ולהקליט את פעילות התאים והתקשורת ביניהם. טכנולוגיה זו מהווה צעד חשוב בקידום המחקר הביולוגי בכל העולם", מסכמים החוקרים.

קשה מאוד ולעיתים אף בלתי אפשרי להסתכל לתוך מערכות קוונטיות, שמורכבות מחלקיקים מיקרוסקופיים כמו אטומים או אלקטרונים. מחקר חדש באוניברסיטת תל אביב הצליח לבנות מערכת מכנית גדולה, שמצייתת לחוקי דינמיקה דומים לאלה המופיעים במערכות קוונטיות. המערכת החדשה מאפשרת להתבונן בתופעות שמתרחשות בתוך חומרים מיוחדים מסוג "טופולוגי" על ידי צילום התנועה של מטוטלות באמצעות מצלמה רגילה. המחקר, פרי של שיתוף פעולה של ד"ר יזהר נדר מהמרכז למחקר גרעיני-שורק, חביבה סירוטה-כץ מהמחלקה להנדסה ביו-רפואית, ד"ר מיטל גבע ופרופ' יאיר שוקף מבית הספר להנדסה מכנית ופרופ' יואב לחיני ופרופ' רוני אילן מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב,  פורסם לאחרונה בכתב העת המדעי PNAS.

החוקרים מסבירים כי מושגים כגון "פונקציית גל", "סופרפוזיציה" ו-"מצבי צבירה טופולוגיים" מיוחסים בדרך כלל למכניקת הקוונטים, השולטת בעולם המיקרוסקופי של האלקטרונים, האטומים והמולקולות. לפי התיאור המקובל במערכות אלו לאלקטרון, שהוא חלקיק הנע באטום או במוצק, יכולות להיות תכונות אשר מביאות לידי ביטוי תופעות גליות, כגון ההסתברות להתפשט במרחב כמו גלים בבריכה שלתוכה נזרקה אבן, היכולת של האלקטרון להיות במספר מקומות בו זמנית, להתאבך עם עצמו ועוד.

כמו-כן, התכונות הגליות מובילות לתופעה יחודית הקיימת במוצקים מבודדים מסוימים, בהם למרות שהאלקטרונים בחומר המבודד לא זזים תחת השפעת שדה חיצוני, הסידור הפנימי של החומר בא לידי ביטוי במצב שנקרא "טופולוגי". פירוש הדבר הוא שלגל של האלקטרונים מתווסף גודל שיכול "להיסגר על עצמו" במספר אפשרויות שונות, בדומה לגליל לעומת טבעת מוביוס. מצב זה של האלקטרונים, שבגינו הוענק פרס נובל בפיזיקה בשנת 2016, נחשב למצב צבירה חדש של החומר, ומהווה נושא מחקר פעיל מאוד בעשורים האחרונים.

למרות העניין הרב, במערכות קוונטיות ובגבישים אטומיים קיימת מגבלה במדידה של תופעות אלו. זאת משום שבמערכות אלו, בגלל אופייה של מכניקת הקוונטים, אין דרך למדוד את פונקצית הגל האלקטרונית ואת הדינמיקה שלה ישירות. במקום זאת, חוקרים מודדים בעקיפין את התכונות הגליות והטופולוגיות של האלקטרונים בחומר, לדוגמא, על ידי מדידת המוליכות החשמלית של מוצקים. 

חמישים מטוטלות בשורה אחת

במסגרת המחקר, החוקרים חשבו מה אם נוכל לבנות מערכת מכנית גדולה, שתציית לחוקי דינמיקה דומים לאלה המופיעים מערכות הקוונטיות האלו, ובה נוכל למדוד הכול? ואכן הם בנו מערכת של חמישים מטוטלות בשורה, עם אורכי חוטים שהשתנו מעט בין מטוטלת אחת לשנייה. בנוסף, החוטים של כל זוג מטוטלות סמוכות חוברו אחד לשני בגובה משתנה ומבוקר, כך שהתנועה של כל אחת מהן משפיעה על תנועת שכנותיה.

מצד אחד, המערכת צייתה לחוקי הפיזיקה היומיומיים שלנו - חוקי ניוטון, אבל הערכים המדויקים של אורכי המטוטלות ושל החיבורים ביניהן יצרו קסם: חוקי ניוטון עצמם הביאו לכך שהגל שיצרה תנועת המטוטלות, יציית בקירוב מצויין למשוואת שרדינגר - המשוואה היסודית של תורת הקוונטים, ששולטת על תנועת האלקטרונים באטומים ובתוך מוצקים. התוצאה היא שהדינמיקה של המטוטלות, הנצפית לעין בעולם המאקרוסקופי (ונמדדה בפשטות על ידי הטלפונים הניידים של החוקרים), מחקה בצורה מדויקת התנהגויות של אלקטרונים בגביש.  

כשהחוקרים הסיטו כמה מטוטלות בתוך השורה, ואז עזבו אותן ונתנו לגל הנוצר להתקדם באופן חופשי, הם יכלו למדוד ישירות את התפתחות הגל בתוך המערכת - משימה בלתי אפשרית כשמדובר על תנועת אלקטרונים. יכולת זו אפשרה מדידה ישירה של שלוש תופעות. הראשונה מכונה תנודות בלוך. במערכת אלקטרונית תופעה זו מיוחסת לאלקטרונים הנמשכים בכיוון מסויים על ידי מתח חשמלי, ולמרות זאת לא נעים בכיוון המתח, כמו במתכות רגילות, אלא מבצעים תנודות הלוך ושוב בשל נוכחות הסביבה המחזורית של הגביש. תופעה זו מיוחסת רק למוצקים נקיים מאוד, שקשה מאוד למצוא בטבע. לעומת זאת, במערכת המטוטלות, נצפה גל כשהוא נע הלוך ושוב בצורה מחזורית, בדיוק בהתאם לניבוי של בלוך.

התופעה השנייה שנצפתה ישירות במערך המטוטלות מכונה מנהור זנר. מנהור היא תופעה קוונטית ייחודית, אשר מאפשרת מעבר של חלקיקים דרך מחסום, בניגוד לאינטואיציה הקלאסית. במקרה של מנהור זנר הדבר בא לידי ביטוי בפיצול של חבילת הגלים תחת כח חיצוני גדול מספיק, שלאחריו החלקים נעים בכיוונים הפוכים. חלק אחד של הגל חוזר לאחור כמו בתנודת בלוך רגילה, וחלק אחר מצליח ״למנהר״ דרך מצב אסור וממשיך להתקדם. הפיצול של הגל לשניים, ובעיקר החיבור בין תוצאת המנהור לתנועת הגל ימינה או שמאלה, היא סימן היכר של משוואת שרדינגר. אכן, זו הייתה הסיבה העיקרית שהיא גרמה לשרדינגר עצמו חוסר נחת, מה שהביא אותו לנסח את הפרדוקס המפורסם שלו, לפיו ממשוואת שרדינגר עולה שמנהור קוונטי באטום בודד יכול להוביל לכך שהגל של חתול שלם מתפצל לחתול-חי וחתול-מת. החוקרים ניתחו את תנועת המטוטלות וחילצו ממנה את הפרמטרים של התנועה – כמו למשל את היחס בין העוצמות של שני חלקי הגל המפוצל, ששקול להסתברות למנהור זנר הקוונטי. תוצאות הניסוי הראו התאמה מצוינת עם הניבויים של משוואת שרדינגר.

חשוב לזכור כי בסופו של דבר, מערכת המטוטלות היא מערכת הנשלטת על ידי חוקי הפיזיקה הקלאסית, ולכן אינה יכולה לדמות את כל העושר של מערכות קוונטיות. לדוגמא, במערכות קוונטיות עצם המדידה יכולה להשפיע על התנהגות המערכת (ולגרום לחתול להיות, לבסוף, או חי או מת, כשצופים בו). ואילו כאן אין תופעה מקבילה. אבל גם בתוך הגבולות האלה, מערך המטוטלות מאפשר מדידה של תכונות מעניינות ולא טריוויאליות שמתקיימות במערכות קוונטיות, אבל שלא ניתן למדוד אותן בהן בצורה ישירה.

התופעה השלישית שנצפתה ישירות בניסוי היא התפתחות של חבילת גלים בתווך בעל מאפיינים טופולוגיים לא טריוויאליים. כאן החוקרים מצאו דרך למדוד בצורה ישירה את המאפיין הטופולוגי מתוך הדינמיקה של חבילת גלים בתווך – משימה כמעט בלתי אפשרית בחומרים קוונטיים. לצורך כך, מערכת המטוטלות כוונה פעמיים, כך שהמטוטלות דימו את משוואת שרדינגר של אלקטרונים, פעם במצב טופולוגי, ופעם במצב טריוויאלי (כלומר רגיל). מתוך השוואה של הבדלים קטנים ביותר בתנועת המטוטלות בין שני הניסויים ניתן היה להבחין בין שני המצבים. האבחנה דרשה מדידה עדינה למדי ובאה לידי ביטוי בהפרש של בדיוק חצי תנודה של המטוטלות בין שני הניסויים, שכל אחד ארך כ-12 דקות, וכלל כ-400 תנודות שלמות של המטוטלות. הפרש קטן זה נמדד בדיוק מובהק ועם התאמה לתיאוריה.

הניסוי פותח פתח למימוש של בעיות נוספות, מעניינות ומורכבות אפילו יותר, כמו השפעות של רעש וזיהומים או של זליגת אנרגיה על הדינמיקה של חבילות גלים במשוואת שרדינגר. אלו השפעות שאפשר לדמות בקלות במערכת, בעזרת הפרעה יזומה ומבוקרת לתנועת המטוטלות.

מוץ הוא אמצעי להטעיית מכ"ם שתפקידו להסתיר מטרה אמיתית על ידי יצירת ענן שמפזר קרינה אלקטרומגנטית. כלי טיס או שיט מפזרים כמות גדולה של סיבי מתכת ומייצרים מטרת דמה. מכיוון שמטוס הוא מטרה גדולה, נדרשת כמות עצומה של סיבים שמגבילה את השימוש בשיטה. את הבעיה הזאת החוקרים ניסו לפתור במחקרם. המחקר בוצע במעבדתו של פרופ' פבל גינזבורג מהפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן ומומן ע"י זרועת חיל הים האמריקאי.

"לטכנולוגיה החדשה שפיתחו יש יישומים רבים", מסביר פרופ' גינזבורג. "המומחיות שלנו היא מבנים אלקטרומגנטיים חכמים לטובת תקשורת אלחוטית. מוץ חכם הוא אחד מהאתגרים העכשוויים בתחום הביטחון. הדבר נובע חלקית מהתקדמות במערכות מכ"ם ומסיבות שונות שהציבור הרחב לא יודע. במעבדתנו קיבלנו פניה ממשרד הביטחון אמריקאי לבצע מחקר בנושא מכיוון שאנו מחזיקים בשיא עולמי בסופר-פיזור. גישות שמשלבות בינה מלאכותית מאפשרות לנו לקבל ביצועי-על שכנראה לא ניתן לקבל אחרת".

לדבריו של פרופ' גינבורג, טכנולוגיות המכ"ם מתפתחות מאד מהר ואפשר לקחת אותן ליישומים שונים. "אני אישית נוטה לחשוב על בעיות שעלולות להופיע בעתיד הקרוב, כגון מעקב אחר רחפנים שבעוד מספר שנים יופיעו במקומות רבים, כגון בערים, למטרות משלוחים. במקרה הזה נצטרך לפתח מערכות מעקב יעילות ולמכ"ם פה יש יתרונות רבים הכוללים אמינות, יעילות ומחיר נמוך. לרחפן יש חתימת מכ"ם קטנה ולכן כדאי לפתח שיטות להגדיל אותה וכך לעזור למכ"ם בזיהוי. הפיתוח הנוכחי הוא קפיצת מדרגה נוספת כיוון שהמבנה הוא רחב סרט וכלל כיווני. הצעד הבא שלנו יהיה לגרום למכ"ם לחשוב שמטרה סטטית זזה ומתקרבת, למרות שהיא לא. האם זה סותר את תורת היחסות? התשובה הקצרה היא 'לא, הכל בסדר', אבל זה כנראה יהיה נושא לשיחה הבאה", הואמ סכם בחיוך.

^{דומה מאוד בצורתו לווירוס הקורונה. הכדור שיעזור להעלים גופי טיס גדולים ממכ"ם}