Page 16 - מגזין הטכניון | סתיו 2004

פרופסור-חבר חיים אברמוביץ', ראש המעבדה למבני אווירו-חלל, עוסק
smart structures בתחום-מחקר רחב שכותרתו "מבנים נבונים". מבנים אלה -
באנגלית - בנויים מחומרים מרוכבים המסוגלים לקבוע את מצבם, להחליט מהו
המצב הרצוי ולהגיב בהתאם. מבנה חכם "יודע" להגיב לטמפרטורה, לחץ, שדה
חשמלי ועוד. התגובה עשויה להיות שינוי בצורה, בקושי או באיפיון מכני אחר.
מבנה נבון יכול להיות כלי טייס, גשר, עדשה טלסקופית - כמעט כל מבנה שהוא
- ש"יודע" להגיב באופן מתוחכם לשינויים במצבו. במובן זה, מסביר פרופסור
אברמוביץ', מדמים מבנים אלה את הפעילות האנושית בהגבה להתרחשויות
רלוונטיות. לפיכך שני מרכיבים מרכזיים במבנה נבון הינם החיישנים - הקולטים
את המתרחש, והמפעילים - המגיבים למתרחש. חשוב לא פחות הוא האלגוריתם
המקשר, או מתווך, ביניהם.
דוגמה למבנה חכם הוא עדשת טלסקופ החלל האבל, המסוגלת לתקן את צורתה
וכך לשמור על אורך המוקד הרצוי לקבלת התמונות הטובות ביותר.
המעבדה למבני אווירו-חלל עוסקת בשלושה תחומים מרכזיים במסגרת השטח
של "מבנים נבונים":
.1 ריסון מבנים גמישים, כגון מבני חלל שהינם גמישים וגדולים מאוד )כ-021
מטר קוטר(. מבנה חלל, כדוגמת תחנת החלל הסובבת סביב כדור הארץ, עשוי
לרעוד לאורך זמן רב כאשר רכב חלל עוגן בו. רעידות אלה מפריעות לתפקוד
øøøøøø
±∂
פרופסור-מחקר דניאל ויס מאמין, מאז ומתמיד, שהטבע הוא המורה הטוב
ביותר. "כל מה שקיים כיום בטבע", הוא אומר, "הוא תוצר של תהליך סלקטיבי
ארוך וממושך, תהליך של שיפור בלתי פוסק". גם באחד מפיתוחיו האחרונים
- "ננו-מצנחים" לזיהוי חומרים מסוכנים - היה לטבע תפקיד מרכזי.
התרחיש של מתקפה ביולוגית כימית כבר אינו נחשב לתרחיש דמיוני. האמצעים
הקיימים לזיהוי אב"כ אמנם מאפשרים איתור של אזור נגוע, אך אינם מסוגלים
לשרטט את גבולותיו המדויקים של ענן החומר המסוכן. הפתרון שמצא לכך
פרופסור ויס הוא "כלי טיס" זעיר שאורכו פחות מסנטימטר בודד.
כך יבוצע השימוש באותו אמצעי: אלפי כלי טייס זעירים כאלה, "ננו-מצנחים",
יידחסו מבעוד מועד במיכל, וישוחררו בשעת הצורך מעל האזור הנגוע. הם
יתפזרו לצדדים ויחלו לנשור מטה, ובמגע עם גז מסוכן ישתנה צבעם. באופן
ÌÈÂÈ·Ò‰Ó†„ÂÓÏÏ
‰ÓÎÁ†‰·Â‚˙
הנורמלי של התחנה, ולכן חשוב לשככן בזמן הקצר ביותר.
.2 טיפול בבעיית הפירפור. לכל מטוס ישנה מהירות שיא - "מהירות פירפור"
ששיעורה תלוי במאפייני הכנף ותנאי הטיסה. מהירות זו הינה המהירות שבה
מתחילה הכנף לרעוד במשרעת הולכת וגדלה. זוהי תכונה בעייתית מאוד,
המגבילה את מהירות הטיסה. כיום מנסים חוקרים העוסקים בתחום להתגבר
על בעיה זו באמצעות מבנים חכמים. לשם כך ישנו במעבדה דגם של מנהרה
ודגם כנף, שעליו מודבקים חומרים פיאזו-אלקטריים )הסבר בהמשך(. "השאיפה
שלנו", מסביר פרופסור אברמוביץ', "היא לבנות כנף שתשנה את צורתה בהתאם
לאופי הטיסה ברגע נתון. כנף זו צריכה להיות חזקה וקלה, ובו בזמן בעלת יכולת
לשנות צורה".
.3 ייצור "טלאים" פיאזו-אלקטריים מרוכבים. חומרים פיאזו-אלקטריים
( הם חומרים שלחיצה עליהם יוצרת מתח, וגם להיפך - כאשרPiezoelectric)
מעבירים בהם מתח הם שואפים להתפשט. לפיכך ניתן להשתמש בחומרים
אלו הן כחיישנים )לחיצה היוצרת מתח( והן כמפעילים )מתח היוצר תנועה( -
שני הרכיבים ההכרחיים לכל מבנה חכם. פרופסור אברמוביץ מסביר כי החומר
המספק את הניצוץ במצתים חשמליים הינו חומר פיאזו אלקטרי. חומר פיאזו
- משמש כחיישן במערכות של PVDF אלקטרי אחר - חומר פולימרי בשם
כריות אוויר ברכב.
‰ Ë Ï Â ˜ Ù † Ï ˘ † ‰ ¯ Â Ù È Ò
זה ניתן יהיה "לראות בעיניים" את פרישׂתו של ענן הגז הרעיל.
גם כאן, כאמור, באה ההשראה לפיתוח היצירתי הזה מן הטבע. "התבוננתי
בחרקים ובצמחים וניסיתי ללמוד מהם", אומר פרופסור ויס. כך הוא למד את
עקרונות מעופם של עצמים מעופפים נטולי כנפיים הנעים במהירויות נמוכות.
"האווירודינמיקה של חרקים זעירים ושל זרעים מעופפים, כמו אלה של הסביון,
שונה בתכלית מזו של ציפורים ושל כלי טיס", הוא מסביר.
על סמך הידע שצבר, ובסיוע הדמיית מחשב, החל פרופסור ויס לתכנן את אותו
כלי טיס זעיר. באותו שלב נכנסו לתמונה הפרופסורים אלכסנדר ירין ואיל
זוסמן מהפקולטה להנדסת מכונות. באמצעות סיבי פולימר שעוביים פחות
מאלפית מילימטר יצרו השניים - על בסיס שיטה מהפכנית שכבר פיתחו בעבר
- את כנפיהם של כלי הטיס הזעירים, העשויים רשת של סיבים כאלה . כך נוצרו
אותם "מצנחים" המאפשרים את זיהוי מיקומו המדויק של ענן הגז הרעיל.
השלב הבא, אומר פרופסור ויס, הוא פיתוחם של כלי טיס דומים שידעו לנופף
בכנפיהם, וכך יוכלו לנוע בכוחות עצמם. "בשפה ציורית יותר", אומר פרופסור
ויס, "אנו מעוניינים לעבור מעולם הצמחים לעולם החרקים".
ÔÂÏÒ·†ÒÂËÓ†Íφ˘È†¨‰ÁÈÏÒ
פיתוח מרתק נוסף, ושונה, הינו המטוס הזעיר. מדובר במטוס שמידותיו פחותות
מ-52 סנטימטרים, וניתן להטיסו בתוך בניינים, בין חדרים ובין קומות. המטוס
הזעיר מסוגל לשאת ציוד חישה אלקטרוני ממוזער, המיועד לביצוע משימות
מודיעין וניטור. המטוס שתכנן ובנה פרופסור ויס הינו דו-כנפי - עובדה
המאפשרת לו תימרון משופר. המטוס, שמסוגל לשאת מטען של עד 001 גרם,
פותח תוך ניסויים בנקבות הרוח של הטכניון, שהביאו לאופטימיזציה של
יכולותיו האווירודינמיות.
אווירודינמיקה אחרת. מצנח זעיר