איך נחלצים מפקק? החוקרת שמצאה תשובות במקום מפתיע

אם השם פרופ' חגית מסר־ירון מוכר לכם, זה כנראה מהתקופה שבה היא הייתה ראש המל"ג או האוניברסיטה הפתוחה, אבל לפני שבועיים היא קיבלה הכרה דווקא על העבודה המדעית שלה, כשזכתה במדליית ה-IEEE, האגודה המקצועית הגדולה בעולם להנדסת חשמל. אות זה נחשב "פרס הנובל" של הנדסת החשמל.

מסר-ירון קיבלה את הפרס עבור תחום מדעי חדש לגמרי שפיתחה בהנדסת חשמל: חישת מזג אוויר מאותות תקשורת סלולרית. למדע הזה יש פוטנציאל להקפיץ קדימה את כל תחום הניטור והחיזוי של מזג האוויר, עד לרמה שנוכל לדעת אם מחר בבוקר עומד לרדת גשם אצלנו ברחוב, ומתי. זהו מידע קריטי לניהול חקלאות, ניתוב עומסי תנועה, היערכות למשבר האקלים ומניעת תאונות.

הרעיון של מסר להשתמש באותות התקשורת שמקיפים אותנו בעשורים האחרונים מכל כיוון כדי להפיק מהם מידע נוסף תפס לא רק בתחום שלה. אז מדוע אנחנו עדיין נסחבים עם מטרייה דווקא בימים שאין בה צורך?

הבכיר ברפאל שחושף: מתי מערכת קרני הלייזר ליירוט טילים תהיה מבצעית 

איך האנשים הכי משכילים באמריקה נופלים לשקרים אנטישמיים? 

לאסוף מידע מהרצפה

"ב-2005, כל מהנדס תקשורת הכיר את הגרף הזה שמראה כיצד גשם, שלג או ערפל משפיעים על איכות הסיגנל, אבל אני אמרתי בואו נסתכל עליו הפוך", אומרת מסר־ירון. מה אם במקום לנסות לצפות איך מזג האוויר ישפיע על האות שלנו, היינו מנתחים את איכות התקשורת בין אנטנות סלולריות ומסיקים ממנה מה מזג האוויר?

ודאי תגידו, אנחנו יודעים מה מזג האוויר, צריך רק להסתכל החוצה, האתגר הוא בניבוי. ובכן, לא מדויק. המידע הקיים על מזג האוויר מוגבל בהשוואה למידע שניתן להפיק בשיטה שפיתחו מסר־ירון וממשיכי דרכה לאורך השנים. וכאשר יש הרבה יותר מידע, ברזולוציה גבוהה יותר, אפשר לדבר על יישומים שלא היו קיימים בעבר. המאמר הראשון של מסר־ירון וצוותה בנושא היה כה פורץ דרך, שהוא פורסם בכתב העת Science וזכה לתהודה בתקשורת העולמית.

"עד פיתוח הטכנולוגיה שלנו, מדידה של גשם בוצעה באמצעות מדי גשם - מעין כוסות שאוספות מים, המפוזרות באופן נקודתי", אומרת מסר-ירון. "בארץ יש אולי 500 מדי גשם, לעומת כעשרת אלפים אנטנות סלולריות".

יש כיום חלופות לאותן כוסות מדידה, אבל הן לא מספקות. "חלופה אחת היא מכ"מ מזג האוויר, שנחשב יחסית אמין, אבל בישראל היה רק אחד שבקושי כיסה את כל הארץ, ופעם הוא התקלקל ובמשך חודשים לא פעל. ויש לווייני מזג אוויר, אבל הם רואים מרחוק, ואין להם רזולוציה טובה - לא בזמן ולא במרחב. לעומת זאת, אנטנות הסלולר מכסות את רוב המדינות בצפיפות עצומה, וזה ממש מידע שאנחנו אוספים מהרצפה. הוא תמיד היה קיים, בעצם מאז המצאת התקשורת האלקטרומגנטית".

ככל שהמידע טוב יותר ומרובה יותר, כך גם יכולת הניבוי טובה יותר. "אנשי מזג אוויר קיטרו במשך שנים שאין מספיק מדידות, וכשאין מדידות אז גם אין תובנות. בלי דאטה אין ביג דאטה, ואז אין AI", אומרת מסר־ירון.

נקודת עיוורון בעיר

השיטה שפיתחה מסר־ירון מודדת את התקשורת בין אנטנות הסלולר, לא בין הטלפון לאנטנה. "התקשורת הזאת נעשית בתדרים שמאוד רגישים לגשם, ללחות ולכמות החמצן באוויר", היא מסבירה. התשובה לשאלה איזה מרכיב במזג האוויר הוביל לשינוי באותות טמונה בניתוח מתמטי מורכב של השינוי באות לאורך זמן, וכך אפשר להבחין בין גשם, שלג, ערפל ועוד.

מהם היישומים האפשריים של הטכנולוגיה?
"קודם כול, אפשר להוסיף אותה למידע מהמכ"מ כדי לשפר את הדיוק שלו. בישראל עדיין לא עושים את זה, אף שהצענו לשירות המטאורולוגי לשתף פעולה מהיום הראשון. חשבנו שישראל יכולה להוביל את התחום הזה בעולם. אבל לא אדבר פה על כל הבירוקרטיה שנתקלנו בה. בהולנד, לדוגמה, השירות המטאורולוגי כן משתמש במידע הזה. אנחנו נותנים חיווי לא רק על גשם אלא גם על לחות וערפל וטל, ואפילו זיהום אוויר.

"בנוסף, יש מקומות שבהם אין כיסוי של מכ"מ אבל יש בהם תקשורת סלולרית. דווקא במדינות מסוימות באפריקה, שבה יש חשיבות למידע על משקעים כי לפעמים יש מחסור במים ולפעמים יש שיטפונות מסוכנים, אין היום מדידה מוצלחת של מזג האוויר".

בשנים האחרונות פיתחו מסר־ירון ואנשי הצוות שלה כלים להפקת המידע גם מתקשורת לוויינית, ולא רק סלולרית. "וזה אומר שבכל תחנת דלק נידחת במקום נידח שבה הניחו טלפון לווייני רק כדי שיוכלו לשלם באשראי, אפשר לדעת מה כמות הגשם שירד בתחנה הזאת וסביבתה".

באופן מפתיע אולי, גם ערים הן נקודות עיוורון בכל הנוגע למדידת מזג האוויר כיום. "מכ"מים ולוויינים לא כל כך טובים במדידה של מה שקורה בתוך העיר.

"נהוג לומר על ערים שיש להן מזג אוויר משלהן. צפיפות הבנייה והתנועה מובילה לכך שמה שקורה בעיר מבחינת מזג האוויר לא בהכרח דומה למה שנמדד בסביבתה. אנחנו דווקא יכולים לראות מצוין מה קורה בעיר עצמה. בעיר אנחנו מוקפים באותות אלקטרומגנטיים ברמה שאם היה להם צבע, לא היינו רואים סביבנו כלום. אז אמרנו, בואו נשתמש בהם".

 התשובות שבאנטנות סלולריות / צילום: Shutterstock

אילו יישומים ייחודיים יכולים להיות למדידה מדויקת של מזג אוויר בסביבה עירונית?
"כשהתרחשו השיטפונות בתל אביב, שבהם טבע הזוג במרתף, חשבתי בצער שאפשר היה להשתמש במערכת כדי להזהיר מפני שיטפונות. לאורך זמן אפשר למפות שיטפונות מקומיים כדי לתכנן מערכות ניקוז טובות יותר בעיר, ואפילו כדי שתוכלי לדעת אם להשקות היום גינה ציבורית מסוימת. אפשר גם לשפר את התנועה בעיר בימים גשומים מאוד".

חוק שימור הנאחס

במחקר משותף עם אוניברסיטת קולומביה, מסר־ירון מתחברת חזרה לשורשים ולהשפעה ההפוכה של מזג האוויר על התקשורת. "למדנו כל כך הרבה על השפעות הגשם על התדר, שאנחנו יכולים לנבא מה יעשה מזג אוויר לתקשורת, ואם אנחנו מחברים את זה עם ניבוי מזג האוויר עצמו, אנחנו יכולים להתריע מתי תקשורת עומדת להשתבש בגלל מזג האוויר, ולהציע לחברות הסלולר היכן ומתי לתגבר אותה.

"למשל, במקרה של מכוניות אוטונומיות. הרי לא נוכל להרשות לעצמנו שהתקשורת שלהן תשתבש בגלל גשם. אנחנו נוכל לומר לרשת המנהלת את המכוניות האוטונומיות 'בתא הסלולרי הזה התחיל גשם, אז כדאי להגביר את התקשורת לכל המכוניות בסביבתו'".

ואנחנו עדיין לא בסוף הרעיונות ליישומים. "פרסמנו מאמר לא מזמן, שבו השתמשנו ביכולות האלה כדי לחקור נדידת ציפורים", מספרת מסר-ירון.

"כשלהקת ציפורים עוברת בין שתי אנטנות, היא יוצרת הפרעה, ומניתוח הסיגנל אפשר לראות את כמות הציפורים והמיקום שלהן. זה חשוב לתחום התעופה, למניעה של התנגשויות ציפורים במטוסים או מגדלי פיקוח, אבל זה מעניין גם בשביל הידע לשמו, ההבנה של דפוסי נדידת הציפורים".

מסר-ירון רואה במחקר שלה תרומה רחבה שחורגת מתחום העיסוק שלה. "אני חושבת שלרעיון שלנו הייתה תרומה לכל התחום המעניין של ניתוח אופורטוניסטי של נתונים שקיימים ממילא, כולל נתונים מהטלפון, שהיו יש בו המון חיישנים ואפשר להשתמש בהם לתחומים כמו ניטור צפיפות אוכלוסיה, בריאות, התנהגות צרכנים ועוד, בלי להזדקק לחומרה מיוחדת. היום קוראים לכל התחום הזה ISAC, שזה Integrated Sensing and Communication, כלומר מערכות התקשורת שלך הן גם מערכות החישה שלך".

ברגע שעלה אצל מסר-ירון הרעיון, היא פנתה לחברת סלקום, והם שמחו לשתף אותה במידע שברשותם, ובהמשך עשו זאת כל חברות הסלולר בישראל, ונוספות בעולם.

חברות הסלולר משתפות את הנתונים איתכם בחינם. אבל היישומים ניתנים למסחור. למי יהיו שייכים הרווחים מכך?
"זו שאלה טובה, ואולי זאת אחת הסיבות לכך שהתחום שלנו לא התפתח מסחרית כפי שהיינו רוצים. אני קוראת לזה חוק שימור הנאחס. אם הרווחת משהו בחינם, גם תפסידי משהו. ובמקרה שלנו, כל מי שירצה לפתח מוצר מסחרי על בסיס הטכנולוגיה הזו, יצטרך להגיע להסדר של רכישת הנתונים עם חברות הסלולר, וזה מורכב.

"הסוגיה היא לא רק הכסף. כאשר אנחנו רוצים לבנות שירות שמסתמך על הנתונים הללו, אנחנו חייבים להבטיח אספקה רציפה ואמינה שלהם, וזה לא הביזנס של חברות הסלולר היום.

"אנחנו מקבלים את הנתונים בחינם לצורכי מחקר, אף שזה עולה לחברות בהתעסקות ובכוח אדם. פעם בשנה אנחנו פוגשים את כל מנהלי המידע בחברות, מגישים להם בורקס ומספרים להם מה עשינו עם המידע שלהם, ואני מרגישה שזה נותן להם סיפוק, אבל על זה אי אפשר לבנות ביזנס".

רשמת פטנטים על הטכנולוגיה?
"כן, רשמנו בזמנו 7-8 פטנטים, כולל הפעם הראשונה שיצרנו מפת גשם מהמידע שלנו. המסחור היה קשה. חברות בתחום מזג האוויר לא ידעו לדבר עם חברות הסלולר. הייתי שותפה לייזום של חברה שהכניסה קצת כסף לרמות, חברת המסחור של האוניברסיטה וגם קצת בשבילי, אבל זה לא התרומם".

למי שייך המידע?

המחקר שמבוצע היום עם אוניברסיטת קולומביה מניב פטנטים חדשים שאולי ימוסחרו בעתיד. "פטנט הוא לא רק אמצעי בשבילי לעשות כסף", היא אומרת. "זו גם דרך לוודא שאף חברה מסחרית אחרת לא תרשום את הפטנט ואז תגביל את הטכנולוגיה". בכל מקרה, היא לא מאוכזבת מכך שהפריצה העסקית עדיין לא הגיעה.

"מה שכן ראינו הוא שימוש בטכנולוגיה על ידי גורמים ממשלתיים או המגזר השלישי. למשל, באפריקה יושמה הטכנולוגיה על ידי הבנק העולמי כדי לאמוד את השפעות המשקעים באפריקה על ההתחממות הגלובלית. באירופה הוקמה התארגנות פן־אירופית של חוקרי מזג אוויר בשיטה שלנו, והיא מנסה להסדיר את התחום ולהתגבר על החסמים.

"יכול להיות שבמדינות כמו סין, שבהן המשטר הוא ריכוזי, אפשר להצניח הוראה מלמעלה שהחברות צריכות לספק את המידע הזה לתעשייה. אפשר להציע שכל חברה שמקבלת תדר תקשורת מהמדינה תהיה מחויבת לספק לה חזרה גם את הנתונים, או להציע אותם לחברות סטארט-אפ. ואז נשאלת גם השאלה אם יש לתת לחברות הללו תשלום עבור הנתונים.

"בסך הכול, המוצר שחברות התקשורת קיבלו מהמדינה הוא האפשרות לייצר תקשורת. הם לא קיבלו מהמדינה את הזכויות על המידע".

את מכירה לעומק את כל השיקולים הללו מהתקופה שבה עמדת בעצמך בראש חברת מסחור הידע של אוניברסיטת תל אביב, רמות, וכתבת גם ספר על הקפיטליזם של הידע.
"מאז שכתבתי את הספר, כל עולם חברות המסחור השתנה. על פי המודל המקורי, מדענים מבצעים מחקר מתוך סקרנות, ולפעמים מתוך הסקרנות הזו צומחים פירות שחבל שיתבזבזו, אז אוספים את הפירות וממסחרים אותם, שלא יירקבו.

"במודל הזה, המדינה הייתה משקיעה במדענים כסף, אבל היום בתחומים רבים, כמו שלנו, אנחנו נסמכים לגמרי על שיתוף פעולה עם התעשייה או הממשלה, וזה קורה בעוד תחומים עתירי מידע. הקשר מתחיל בשלב הרבה יותר מוקדם.

"בנוסף, כיום לחוקרים ולאוניברסיטאות כמוסד יש עניין רב במסחור טכנולוגיות. הסקרנות היא כבר לא המניע היחיד למחקר. אבל למרות שהמודל הקודם שבור, עדיין לא קם מודל אמיתי יציב. חברות המסחור יצטרכו להמציא את עצמן מחדש.

"בינתיים, חברות המסחור הקימו מגוון סוגים של מיזמים כדי לעזור להפיק את הקניין הרוחני מהמדענים וגם לממן את הפיתוח שלו. אנחנו כבר לא מדברים על הפירות המקריים שהצלנו.

"כל זה עלול לטשטש את הפער התרבותי בין אקדמיה לתעשייה, שחייב להישמר כדי שהאקדמיה תשגשג. האקדמיה צריכה להמשיך לרדוף אחרי ידע והתעשייה אחרי כסף. לא היינו רוצים אקדמיה שרואה את הכסף כמטרה שלה, וגם ההפך לא יעבוד".