ד”ר יוסי בר-כהן האיש שלנו בנאס”א

ד”ר יוסף בר-כהן ( יוסי בפי חבריו) ,הוא בהחלט גאון, ואפילו מתאים לסטראוטיפ של המדען סתור השער עם בלורית ישראלית והבגדים…. קצת כמו בסרטי הוליווד. מסתבר שהוא כבר מחזיק ב 20פטנטים ועובד בנאס”א בין היתר בחזית המחקר בתחום
הפולימרים האלקטרו-אקטיביים שידועים בכינוי “שרירים מלאכותיים”  כאשר עובר בהם זרם חשמל אלה מתכופפים, נמתחים או מתכווצים כמו שרירים ביולוגיים.  בר-כהן ידוע כמנטור העולמי שפועל לקידום טכנולוגית החומרים האלו לקראת ישומם בחיינו היום יומים.

שרירים מלאכותיים יוכלו בעתיד להתחרות באליפות עולמית בהאבקות או לפחות בתחרות רשמית של הורדת ידיים. התרחיש המדע בדיוני הזה הופך למציאות ככל שהמדענים מקדמים את פתוחם של החומרים האלו שייראו ויתנהגו בדיוק כמו שרירים של בני אדם או בעלי חיים.  מדענים ומהנדסים ברחבי העולם מתמקדים כיום בטכנולוגיות המקבלות השראה מהטבע שכוללת אינטלגנציה מלאכותית ושרירים מלאכותיים מהויים מרכיב חשוב ליכולתם.  בעתיד, רובוטים דמויי חרקים עשויים לצאת מפס הייצור כאשר הם אורזים את עצמם למשלוח.  רובוטים אינטלגנטיים דמויי-אדם עשויים לנהל איתנו שיחה אינטלקטואלית, לדון במצב המניות, לתפקד כעוזרים לנכים, ואולי אפילו יאפשרו לזקנים בגיל מתקדם לנהל חיים עצמיים במקום ללכת לבית אבות.

בר-כהן מעלה אפשרויות נוספות של יישום הטכנולוגיה, בהם גם בתחום הריגול: “אפשר יהיה ליצור רובוט-מרגל’ . שיהוו חיקוי לאוקטופוס.  מכיוון שאין לו חלקים מכאניים, הוא יוכל לשנות את צורתו ולהשתחל בקלות מתחת לדלת או דרך סדק בחלון ולהתאים את צורתו וצבעיו לסביבתו.  אפשר אפילו לייצר ‘דולפין מלאכותי’, שיתפקד כמו צוללת מודיעין. אף אחד לא יחשוד בו – הוא ייראה וינוע בדיוק כמו דולפין אמיתי

מהו החזון המדריך אותך? וספר על עצמך
החזון שלי הוא שנראה אנשים ביוניים בעלי שרירים מלאכותיים, ולחלופין נראה רובוטים המחקים את הביולוגיה”,  אומר ד”ר יוסף בר-כהן, המדען הבכיר וראש קבוצת המחקר של טכנולוגיות מתקדמות במעבדה להנעה סילונית JPL של נאס”א בפסדינה, קליפורניה.

הוא החל לעבוד ב JPL בשנת 1991 אחרי קריירה של שמונה שנים במקדונלד דגלס ארבע שנים בחיל האויר האמריקאי ושמונה שנים בתעשיה האוירית לישראל. במקביל לעבודתו ב
UCLA הוא הרצה כשלוש שנים כפרופסור מלא ב
  PhD את תאריו האקדמאים קיבל מהאוניברסיטה העברית בירושלים, כולל

בשנת  1979
  הגיע לארה”ב לפוסט-דקטורט באותה שנה שקיבל את התואר.  הוא עבד במעבדת החומרים של חיל האויר האמריקאי בדייטון, אוהיו ועשה שם שתי תגליות מדעיות חשובות מאוד בתחום הגלים האולטרסונים.  בתחילת דרכו המדעית הוא התמחה בשמוש בגלים אולטרסונים לבדיקות ללא הרס, אולם עם השנים הוא הרחיב את מחקריו לתחומים נוספים ובעיקר פיתוח מנועים מיניאטורים המופעלים על ידי חומרים אלקטרו-אקטיביים

על פיתוחיו רבי החשיבות למדע וטכנולוגיה, בר-כהן זכה במספר רב של פרסים, מדליות, ותעודות הוקרה כולל שני מדליות כבוד מנאס”א, ושני פרסי תרומת חיים מהעמותה . בשיתוף עם מדענים אחרים הוא כתב וערך 6 ספרים וכן כתב יותר מ330 מאמרים בעיתונים מדעים ופירסומים בכנסים עולמים.  הוא הגיש לנאס”א מעל ל80 המצאות והיה היושב ראש של 38 כנסים בן-לאומים.  לשטח הפולימרים האלקטרו-אקטיביים הוא נכנס בשנת 1995 בעיקבות מאמר שהוא קרא בעיתון מדעי.  הוא הגיש לנאס”א הצעת מחקר שהבססה על מאמר וזכה במענק של כמיליון דולרים לפתח שרירים מלאכותיים במטרה להניע מערכות רובוטיות לשמוש בחלל. לאחר שהחל את המחקר גילה לתהמתו שכותבי המאמר עשו טעות אדירה.  לוח הזמנים ההדוק חייב אותו למאמצים עלאים – ומעז יצא מתוק. בדיוק באותה התקופה החלו דיווחים (נכונים) על פולימרים אלקטרו-אקטיביים המגיבים בצורה משמעותית והשמוש בהם אפשרו לו לפתח למשימות חלל עתידות יכולות רובוטיות שקודם לכן נחשבו לבלתי אפשרים. 

מילדותו בר-כהן שחר מדע.  כשהיה כבן 10, כימיה היתה התחביב שלו והוא ידע לעשות סנטזות כימיות מאד מורכבות.  הוא עשה את תאריו האקדמאים בפיסיקה, מדעי החומרים, ומדע שמושים והתמחה בגלים אולטרסונים.  עוד כשלמד בארץ לקראת תואר הדוקטור, תוך שעבד בתעשיה האוירית, הוא כבר זכה לשם ארצי כמומחה לבדיקות ללא הרס.  עיקר התמחותו היתה בחומרים מרוכבים שאז נחשבו למילה האחרונה בעשיית חלקים למטוסים. 

?מהם ישומים שפיתחת מהשרירים המלאכותיים
היישומים שפיתחתי כוללים לדוגמה מגב אבק מזערי שפועל בדוגמת מגב הגשם במכונית ושאינו כולל חלקים מכניים .  הנעתו מבוססת על כך שהפולימרים אלקטרו-אקטיביים מתכופפים בתגובה לסטימולציה חשמלית.  מגב האבק יועד לבצע מגוון משימות כמו למשל ניקוי קולטי השמש בנחתות ורכבי חלל עתידיים. פיתוח המגב היה אבן פינה חשוב עבור שדה המחקר של הפולימרים האלקטרו-אקטיביים.  הוא עמד להיכלל במשימת חלל לאסרטואיד שבמהלך פיתוח המשימה בוטלה עקב בעית תקציב.  הידיעה על כך בנאס”א החליטה ליכלול שריר מלאכותי במשימת חלל זכתה בשנת 1999לכיסוי נירחב באימצעי התקשורת העולמית והביאה את הפולימרים האלקטרו-אקטיבים לכותרות וההכרה של הקהיליה המדעית וההנדסית בקיומם של החומרים האלו.

באותה השנה התחלתי את הוועידה הבינלאומית השנתית על פולימרים האלקטרו-אקטיביים.  כדי לעודד פתוח מהיר של הפולימרים האלקטרו-אקטיביים, בפתיחת הוועידה זרקתי לאויר העולם המדעי וההנדסי אתגר – ביקשתי לראות אם מישהו יוכל לפתח זרוע רובוטית המבוססת על שריר מלאכותי שיוכל לנצח בתחרות בהורדת ידיים עם בני אדם 
 
האתגר נלקח ברצינות רבה על ידי חוקרים ומהנדסים בקהילה העולמית.  בשנת 2005, במסגרת הוועידה הבינלאומית תחת ארגונו, תלמידת תיכון בת 17 התחרתה עם שלושה זרועות רובוטיות וניצחה את כולם.  אומנם מאז לא נערכה תחרות נוספת אבל הרבה התקדמות נעשתה בשטח.  הטכנולוגיה של השרירים המלאכותיים היא עדיין בשלבי התפתחות אבל התקציב והמשאבים הולכים וגדלים ומובילים להתקדמות מהירה.  גם מספר החוקרים הולך וגדל, ושיתוף הפעולה בין המפתחים, המשתמשים ונותני החסות הולכים ומשתפרים. “הקהילה העולמית מתחילה כבר ליצור פתרונות ייחודיים שאף חומר או מנגנון אחר לא יכול לבצע”  אומר בר-כהן.  היום הרעיון העתידני של נצחון רובוט בעל שרירים מלאכותיים נראה קרוב משאנחנו חושבים.
 
?תלמידת התיכון מתחרה נגד אחת הזרועות הרובוטיות

ןArmSports of America מעניין לציין שבחינת ישומי ספורט, הארגון
שקיים מעל 40 שנים בספורט של תחרות בהורדת ידיים , הציעו לעבוד עם ד”ר בר-כהן..  הם מעונינם לקיים תחרות בין אחד מאלופיהם כנגד זרוע רובוטית המבוססת על שריר מלאכותי בניהולו של בר-כהן.  בתחרות בשנת 2005, הם שלחו נציג  שהשתתף כאחד השופטים.

תקדמות לקראת האתגר לנצח זרוע רובוטית תביא יתרונות משמעותיים”, אומר ד”ר יוסף בר-כהן,”במיוחד בתחום הרפואי, בין היתר ניתן לצפות לפרוטזות מאד יעילות ויהיה ניתן אולי להשתמש בשרירים מלאכותיים להחליף שרירי אדם שנפגעו,  המחקר עשוי להוביל לגפיים ‘ביוניות’ וזו תהיה תרומה ענקית לאנושות.  לדומגא, אולי יום אחד אפשר יהיה לראות אדם נכה רץ למכולת באמצעות הטכנולוגיה זו

?איזה אתגרים עומדים בפניכם
       
 

,האתגרים בפיתוח פולימרים אלקטרו-אקטיביים יעילים לזרוע הרובוטית דורשים פתרון בעיות שהן בחזית טכנולוגיות החומרים, הנדסה, ותבונה המלאכותית, אומר בר-כהן.  הוא מקווה לראות פיתוח טכנולוגיות שישלבו שרירים מלאכותיים ופרוטזות ויאפשרו לנכים לבצע פעולות פיסיות באורח עצמאי.  מדענים ומהנדסים מלפחות 20 מדינות הצטרפו למאמץ לבנות פולימרים אלקטרו-אקטיבים אפקטיבים יותר מאלה הקיימים כיום,  הם גם עובדים על פיתוח רעיונות למנגנונים ומכשירים עתידיים. 

המדענים עשויים להשיג תוצאות במעבדות,  “אני תולה תקוות רבות התחום הזה אולם דרושים עדיין שיפורים והציפיות צריכות להיות יותר מציאותיות ” אומר בר-כהן.  “גם דרושה יותר הבנה של התנהגות החומרים ושיפור התשתית הטכנולוגית לפני שנוכל ליצור מהם מוצרים לקהל הרחב

?איזה טכנולוגיות נוספות פיתחת
“הרשימה היא די ארוכה. במעבדה שלי בJPL הנקראתNDEAA פיתחתי יחד עם עובדי המצאות רבות כולל משאבה ללא חלקים נעים, מערכת אולטרסונית להרס קרשי דם דרך העור, מנוע אולטרסוני, גביש שיוצר 5סוגי קרינות שונות והרבה אחרות “

 
חלק מההמצאות של ד”ר בר-כהן – מערכת אולטרסונית להרס קרשי דם דרך העור, משאבה ללא חלקים נעים, ומנוע אולטרסוני.

הפ פיתחו מקדחה מרשימה במיוחד שפועלת באמצעות רעידות אולטרסוניות – היא דורשת לחץ קל בלבד, שוקלת פחות מ400 גרם ומשתמשת בערך בעשרה ווט והיא קודחת במהירות סלע גרנית קשה או לבנה מסיליקט. הצורך מאפשר לקדוח על פלנטות עם גרביטציה נמוכה  כמו על המאדים  .”תחשוב מה יעשה המכשיר הזה על המאדים כאשר האסרונאוט הראשון ינחת שם”. וחותם בר-כהן את הראיון “אין אבן שאנחנו לא יכולים לקדוח. אבל אנחנו לא הולכים לגעת ביהלומים … הם יקרים מדי”.
 

לחשוב על מדענים כדוגמת בר-כהן שמפתחים פטנטים מדהימים במימון תקציב משלם המיסים.  לבר-כהן וחבריו למחקר יש המון המצאות מדהימות אך תקצר היריעה מלכסות את כולן
אך  תידרש עוד עבודה רבה לפני שהרובוטים יארזו את עצמם למשלוח הביתה או שינקו לעיני כל האורחים את כלי האוכל שלנו בעת מסיבת קוקטיל
.