לראשונה בישראל: מחקר נערך במיקור המונים על מנת לבחון התנהגות של אינספור מולקולות בסימולציה ממוחשבת

מחקר חדש שנערך במרכז המחקר "שין" (TAU-Tsinghua (XIN המשותף לאוניברסיטת תל-אביב ולאוניברסיטת צ'ינגואחה, שבביג'ין, סין, השתמש במיקור המונים (Crowdsourcing) – לראשונה בישראל.

מלבד 150,000 המתנדבים בפרויקט, המחקר החדש הוא פרי שיתוף פעולה בין חוקרים מאוניברסיטת צ'ינגואחה וחוקרים מאוניברסיטת תל-אביב, בהובלת פרופ' קוואנשואי צ'נג ממרכז צ'ינגואחה למכניקת ננו ומיקרו, ופרופ' מיכאל אורבך מבית הספר לכימיה באוניברסיטת תל-אביב, ובשיתוף עם פרופ' פרנסואה גריי מאוניברסיטת ז'נבה. תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת Nature Nanotechnology.

שיפור טיהור המים באמצעים ננוטכנולוגיים

כמו מחקרים רבים אחרים, מטרת המחקר החדש היתה למצוא אמצעים יעילים, זולים ומהירים יותר לטיהור מים. לפי המרכז האמריקאי לבקרת מחלות ומניעתן (CDC), ל-800 מיליון בני אדם ברחבי העולם אין גישה למי שתייה נקיים, ואילו ל-2.5 מיליארד בני אדם אין גישה קבועה למים לצורכי היגיינה. השילוב של מי שתייה מזוהמים והיעדר מים לניקיון אחראי לכמעט 90% מכלל מקרי המוות כתוצאה ממחלות מעיים.

הפתרון החדשני שהציעו החוקרים ממרכז TAU-Tsinghua XIN היה בסקלת הננוטכנולוגיה. המחקר מתמקד בתנודות הזעירות של ננו-צינוריות בשם "פונונים", שמשפרות באופן משמעותי את הדיפוזיה של המים דרך מסנני טיהור.

"גילינו שוויברציות זעירות מסייעות לחומרים, בין אם רטובים או יבשים, להחליק בקלות רבה יותר זה על פני זה", מסביר פרופ' אורבך. "באמצעות ויברציות הפונונים שינוע המים נעשה קל יותר, וכתוצאה מכך גם קל ויעיל יותר לטהר ולחטא את המים. צריך להבין שמערכות לטיהור מים דורשות אנרגיה רבה כתוצאה מחיכוך ברמת הננו. באמצעות הוויברציות, לעומת זאת, הצלחנו לשנע את המים הרבה יותר מהר - ועל הדרך גם חסכנו לא מעט אנרגיה. למעשה, הצלחנו להראות שיפור של 300% בקצב הדיפוזיה של המים".

40,000 שנות חישוב של מחשב בודד

המחקר החדש נערך באמצעות סימולציית מחשב, שדימתה את זרימת מולקולות המים דרך הננו-צינורות. מאחר שסימולציה של התנהגות של אינספור מולקולות דורשת כוח מחשוב אדיר, המחקר נערך במיקור המונים. באמצעות ה-World Community Grid של חברת IBM, מעל ל-150,000 מתנדבים תרמו את כוח החישוב של מחשביהם האישיים לטובת הניסוי.

"התמזל מזלנו להשתמש ב-World Community Grid, פלטפורמה פתוחה המאפשרת למשתמשים מכל העולם להריץ את התוכנה שלנו, ועל ידי כך להגיע לתוצאות מדויקות", אומר פרופ' אורבך. "זה פרויקט ראשון מסוגו בישראל, ולעולם לא היינו מגיעים לתוצאות כאלו עם ארבעה סטודנטים במעבדה. רק כדי לסבר את האוזן, הסימולציה הצריכה את המקבילה של כמעט 40,000 שנות חישוב של מחשב בודד. במקום זה, נעזרנו במחשבים של כ-150,000 מתנדבים, שהריצו את התוכנה בלפטופים ובמחשבים האישיים שלהם.

מיחשוב המונים משחק תפקיד הולך וגדל בפריצות הדרך המדעיות שלנו," מסכם פרופ' אורבך. "וכפי שהמחקר שלנו מראה, טווח המחקרים שיכולים להרוויח מהשתתפות הציבור הוא רחב מאוד".