בצבא האמריקאי כבר ניסו את הטכנולוגיה שלו: החוקר הישראלי שהופך בדים לרשת מחשבים

פעם טלפון היה רק טלפון. מכשיר שפופרתי שבצדו האחד מדברים ומצדו האחר שומעים. היום הטלפון הוא כל עולמנו. פרופ' יואל פינק, המנהל את המעבדה לסיבים מתקדמים במחלקה להנדסה ומדעי חומרים באוניברסיטת MIT, חושב שאותו דבר בדיוק עומד לקרות לבגדים שלנו. והוא לא מתכוון לרכיבים ממוחשבים שנחבר לבגדים, אלא לבגדים עצמם.

● לבכיר מגוגל יש עצה אחת בשבילכם: תלמדו את המקצוע הזה
● החוקר שיודע איך להפוך אותנו לחכמים יותר

"אנחנו מדברים על חוק מור של הסיב", אומר פינק. "בהתחלה הכנסנו אליו יכולות תקשורת, אחר כך יכולות חישה אקוסטית, ואז יכולות עיבוד, ואחר כך מקור אנרגיה ואז יכולות קישוריות עם הסיבים האחרים באותו בגד. מאז 2004, כשלראשונה הפכנו את הסיב לאביזר אלקטרוני, היכולות שלו הולכות ומתרבות בקצב מואץ. אחרי אלפי שנים של שימוש בסיבים, זו הפעם הראשונה בהיסטוריה שבה סיב עומד לעשות משהו אחר חוץ מלכסות, לחמם או לקשט. לראשונה הוא הופך לכלי חישובי".

פינק הצליח להביא את עולם המחשוב ממש לתוך סיבי הבד. כל סיב שהוא מפתח במעבדה שלו כולל מאות שבבים זעירים שיכולים לבצע פעולות שונות, וניתן לארוג ולתפור אותם בשילוב עם סיבי בד רגילים. כמעט לא תראו את ההבדל בין סוגי הסיבים. כשמשלבים הרבה מהסיבים הללו יחד יוצרים למעשה רשת מחשבים.

מה עושים עם זה? המון דברים. לדוגמה, ניטור הבריאות בהמון נקודות על פני הגוף במקביל. הבד עצמו יכול לקבל החלטות בריאותיות, להתריע או אפילו להשתנות בהתאם לצורך של הלובש. בד כזה גם יכול לנטר ביצועים אתלטיים, לבצע חישה מתוחכמת של סביבתו הפיזית של הלובש, למשל לצרכים צבאיים, ושידור המידע הזה למטה.

"אם נביט סביבנו, נראה שכמעט כל מה שאנחנו שמים על הגוף עשוי מסיבים", אומר פינק בראיון לגלובס. "ההיסטוריה לא מצאה שום פתרון אחר. יש מעט עור בנעליים, אבל כדי לכסות את הרגל אנחנו גורבים גרב. זה די מדהים שאנחנו שמים על הגוף רק חומרים שעשויים מסיבים".

למה זה באמת?
"יש לי כל מיני מחשבות אבל אין לי על זה תשובה באמת. מתברר שכששואלים את זה בצורה הזאת, התשובות לא טריוויאליות".

הכול התחיל ממראה

פינק מספר שגדל בירושלים, בן להורים שעלו לישראל בשנות ה־60 של המאה הקודמת. "יש לי אח אחד שאולי שמעתם עליו, יאיר (יאיא) פינק (פעיל חברתי ובין היתר ממייסדי לובי 99 ודמוקרטTV - ג"ו.). למדתי בישיבה והתגייסתי לגולני. אחרי שלקחתי הפסקה של שנתיים לטיול, התחלתי ללמוד בטכניון, ומשם הגעתי לדוקטורט ב־MIT. לא עלה בדעתי שאני הולך להיות חבר סגל. הכל התחיל בזכות תגלית שהייתה לי לגבי סוג חדש של מראה, שהתפרסמה בכתב העת Science".

 פרופ' יואל פינק, גדל בירושלים / צילום: פרטי

מראה? מה רע במראות הקיימות?
"ב'ניו יורק טיימס' כתבו שזו המראה המושלמת. המראה שבה אנחנו מביטים יום יום עשויה ממתכת ומחזירה את האור מכל הכיוונים, אבל גם בולעת 20% מהאור, ואנחנו תמיד נראים בה חשוכים קצת יותר מאשר במציאות. לכן מראות מקצועיות מוקפות באורות חזקים.

"יש מראות מסוג אחר, הנקראות מראות דיאלקטריות, ועקרון הפעולה שלהן שונה. המראה מחזירה אור בגלל המבנה המחזורי של השכבות בתוכה, ופחות בגלל התכונות של החומר. המראות הללו היו ידועות כאפקטיביות, אך אם היית מביטה במראה כזאת מזווית מסוימת, היא לא הייתה מחזירה את האור אלא מעבירה אותו. ומה שאני מצאתי הוא שניתן לבנות את שכבות החומר כך שמתקבלת מראה שגם מחזירה את האור מכל זווית וגם ניצולת האור שלה הכי טובה שאפשר.

"הסיפור היה מעניין מעבר ליישום של המראה, כי הוא נתן לנו בעצם מרשם כיצד לשמר אור. הרי היום, אם אנחנו מכבים את מקור האור בחדר, הוא מחשיך כמעט מיד. אבל אפשר עקרונית לצפות את החדר במשטח מהסוג הזה, להדליק את המנורה, לכבות אותה, והאור יישמר לאורך זמן".

הצעד הבא היה לייצר סיבים שיאגרו אור בצורה כזאת. "אמרנו, אולי נעביר אור דרך תווך של אוויר שמוקף במראות לא בולעות. הצלחנו להשתמש בסיבים הללו כמו אזמלים מאוד מדויקים וגמישים לניתוחים זעיר־פולשניים. הקמנו סביב הפיתוח הזה חברה בשם אומניגייד, שעדיין חיה וקיימת". פינק היה מנכ"ל החברה במשך כמה שנים, במקביל לתפקידו ב־MIT.

מסע לעולם הסיבים

פינק יצר למעשה כבל שדרכו ניתן להעביר אור, אבל הוא הביט בו ולא שכח שהוא אכן סיב, כלומר האלמנט הבסיסי בבגד.

 סיב ממוחשב מצופה בחוט משי ובחוט זהב / צילום: Evelin Paddack

כך התחיל המסע שלו לתוך עולם הסיבים. "אחד החוקרים במעבדה שלי הצית את כל התחום, כאשר שאל אותי: אם אנחנו יכלים לשלב בין כמה חומרים בסיב, מה עוד אפשר לשלב בו? בתחום האלקטרוניקה, רוב האביזרים שיש להם משמעות טכנולוגית הם כאלה שעשויים משלושה חומרים לפחות: מוליך, מבודד ומוליך למחצה. הבנו שאם נעשה כך נוכל להפוך את הסיב עצמו להתקן אלקטרוני, בלי לוותר על התפקוד שלו כסיב".

בשנת 2000 פיתחה הקבוצה סיב עם שני חומרים שונים, וב־2004 הצליחו פינק וצוותו לשלב בסיב את שלושת החומרים וזכו במאמר בכתב העת Nature. מאז הם משפרים אותו ומשלבים בו אלמנטים נוספים. כיום הסיב יכול להעביר חשמל, לחוש, לזכור, לחשב, לשמוע ולהעביר אור. הוא אפילו כולל סוללה שנותנת לו את האנרגיה שלו, וכן רכיבים המאפשרים לתקשר את המידע מהבד החוצה.

בדרך הייתה דרושה עבודה רבה כדי שהסיבים באמת יהיו פונקציונליים. לדוגמה, היה צורך לוודא שהם יכולים להיות גמישים לגמרי, בלי שהרכיבים האלקטרוניים בפנים ישברו. הגמישות דרושה לא רק לתפקוד הסיב כבגד, אלא גם לאופן הכנתו. קודם כול מייצרים את הרכיבים בתוך מעטפת, ואז מושכים אותו עוד ועוד כדי ליצור את המבנה הארוך והדק שלו. אפשר היה לעשות זאת רק לאחר שנפתרה סוגיית הגמישות. היום, אפשר אפילו להכניס אותו למכונת כביסה, בלי שיקרה משהו לסיב.

ניסוי עם צבא ארה"ב

עכשיו השאלה היא מה עושים עם זה. "אנחנו שואלים את עצמנו, מה הנדל"ן הכי משמעותי ויקר שיש לנו? והתשובה היא פני הגוף שלנו. הוא משדר המון מידע לגבי הבריאות שלנו, והיום אנחנו לא עושים עם זה כלום".

חיישנים לבישים ובדים שמשתנים לפי מצב הרוח שלנו קיימים כבר שנים לא מעטות. למשל, ספורטאים לובשים מעין חזיות שבתוכן מכשירי GPS, שעוקבים אחרי הביצועים והבריאות שלהם. מה ההבדל הכי גדול שתעשה הכנסת היכולת החישובית לתוך הסיב עצמו?
"כל אחד מהסיבים אמנם מכיל יכולת חישובית מוגבלת, אבל ביחד עם רשת, לארכיטקטורה הזאת יש עוצמה. הם נוגעים בהמון נקודות על הגוף ואוספים כמות נתונים שכבר מתאימה לעיבוד באמצעות AI.

"כמו כן, מאוד חשוב שהחיישנים כאן לא מפריעים בכלל לגוף. אנחנו משלבים אותם בתוך הבד ולא מרגישים בהם בכלל. הרי מהם 'לבישים', wearables? אלה כל הדברים שאנחנו לובשים שאינם בגדים. אנשים מעדיפים כמה שפחות דברים מהסוג הזה עליהם".

 ''חזיית'' GPS לספורטאים. ''אנשים מעדיפים כמה שפחות מכשירים לבישים'' / צילום: Reuters, Sergio Moraes

ב־2022 פינק כבר הצליח לייצר סיב שהוא מיקרופון מאוד רגיש. "הבד בעצם מצלצל בעדינות, בעוצמה שאנחנו לא שומעים, והחיישן שלנו יכול לשמוע את כל הרעידות הקטנות האלה בבגד. אנחנו יכולים למדוד ככה את פעילות הלב כאות חשמלי דרך הבגד. זו בדיקה של יותר מאשר רק הדופק, אלא של כל פעילות הלב, וגם של פעילות הריאות. אפשר אפילו למדוד כך דופק עוברי אצל אישה בהיריון, ללא הפרעה ובאופן רציף".

היישום של הטכנולוגיה הזאת כבר החל. "עבדנו עם צבא ארה"ב והצי האמריקאי על פתרונות לבעיות שנוצרות באקלים קיצוני, וספציפית בקוטב. החשש הוא שאצבעות הידיים או הרגליים יקפאו. את זה אנחנו לא נדע אם ננסה למדוד את הדופק עם שעון. אבל אם ניצור גרב שמודדת לא רק את הטמפרטורה אלא את התפקוד של כף הרגל, נוכל להתריע כשהרגל עומדת לקפוא, ואולי אפילו לחמם אותה על ידי התרחבות והתכווצות. אלה יכולות שכבר ניתן להטמיע בבד.

"בקוטב חשוב גם הניטור של כמה קלוריות אדם מוציא ביום. אנחנו עובדים על בגד שיכול לאמוד זאת. הוא יהיה כנראה מעניין מאוד גם עבור האוכלוסייה הכללית, שאיננה בקוטב, אבל בינתיים הוא פועל בסביבות קרות".

בשיתוף פעולה נוסף עם צבא ארה"ב, התבקש פינק לאמוד ביצועים של חיילים, למשל בקליעה למטרה. "האם הבגד יכול למדוד את מנח הגוף, הנשימות, קשיחות השרירים של החייל ולנבא את הצלחת הקליעה? גילינו שכן, שאפשר לדעת לא מעט על התוצאה הצפויה לפני שקולעים". היכולת הזאת יכולה לאפשר לצלפים בשטח לקבל פידבק ולשפר תנוחה או נשימה לפני שהם יורים. בשוק האזרחי, היא יכולה לשמש למדוד ביצועים של ספורטאים.

במחקר שנערך לאחרונה, פינק וצוותו שילבו ארבעה מחשבי־בד כאלה במכנסי טייץ וביקשו מהבגד להבין אילו תרגילי התעמלות הלובש מבצע. כל מחשב זיהה אותם בדיוק של 70%. כאשר שולבו היכולות מכל המחשבים, הם זיהו את התרגיל בדיוק של 95%. "זו דוגמה לכך שככל שאנחנו מודדים יותר נקודות על הגוף, כך אנחנו יודעים יותר", אומר פינק.

מהפכה בתעשיית האופנה

בדים חכמים יכולים לעשות מהפכה גם בענף האופנה. "הרי מה קורה היום בשוק האופנה? המרוץ לתחתית. מי שמייצר במחיר הנמוך ביותר הוא זה שזוכה בכל השוק. Shein ו־Temu? זה היתרון שלהם. השקעות קטנות, יצור בסדרות ענק עם מתח רווחים גבוה. זה מוביל לשום מקום, גם ברמה הסביבתית וגם עבור כל הגורמים בתעשיית הבגדים' מהמעצב דרך היצרן ועד המוכר. זה תמיד רק עניין של זמן עד שהמתחרה שלך יוזיל עוד. אנחנו, לעומת זאת, רואים עולם של אופנה שעובר משוק של מוצרים לשוק של שירותים".

כלומר יהיו לי רק שניים־שלושה בגדים והם יעשו עבורי דברים שונים לפי דרישה?
"כן, העיצוב שלהם יהיה דינמי, והם גם יוכלו לקרר או לחמם לפי הצורך, אפילו לשחרר בושם לפי דרישה". כאן חוזר פינק לדוגמה של הטלפון. אנחנו עשויים להפסיק לראות את הבגד כמוצר והתחיל לראות בו פלטפורמה. נוכל 'להוריד' אליו טכנולוגיה של ויסות קור וחום, טכנולוגיה של חישת סביבה, צבעים שונים וסגנונות אופנתיים שונים לפי מצב הרוח, כל זאת על אותו הבגד או אותם כמה בגדים.

"אפשר לקרוא לזה 'האסתטיקה של הטכנולוגיה'. היום יש בביגוד משהו מאוד חד־גוני. הטכנולוגיה החדשה מאפשרת לאנשים לבטא את עצמם באמצעות הבגד עוד יותר מבעבר. יש בזה משהו יותר רוחני, דווקא בזכות הטכנולוגיה".

הבד יכול לתפקד גם בלי לובש, למשל בסיטואציה ביטחונית. "אנחנו יכולים לפרוש בדים מאוד רגישים לתנועה או לרעש בגבולות או במקומות מאובטחים, והם יוכלו לזהות רחפנים, יריות מרחוק או תנועה של אדם. אני עכשיו בקמפינג ומאחוריי שני ילדים באוהל. תיאורטית, אוכל לדעת לפניהם מתי הם עומדים להתעורר, אם האוהל יהיה עשוי מהבד הנכון".

הבעיה עם יותר מדי כסף

המאמר הבא של קבוצת החוקרים שצפוי להתפרסם בקרוב יעסוק בפסיכולוגיה. "אנחנו רוצים להבין מה הבד יכול לדעת על המצב הנפשי של הלובש".

פינק רואה בעצמו היום כמפתח הטלפון שמחכה לגורמים אחרים שיפתחו לו אפליקציות שונות.

האם תרצה להקים שוב סטארט־אפ שבו תהיה מעורב ישירות?
"בעבר ניהלתי מכון מחקר יישומי יותר, המרכז לבדים מתקדמים, שמטרתו הייתה לבחון כיצד אפשר להפוך את הרעיונות הללו לתעשייה של ממש בארה"ב. קצת לפני הקורונה, החלטתי לחזור ל־MIT. סכומי הכסף שהתגלגלו שם היו גדולים על מידותיי. לפעמים גילויים ותובנות לא מגיעים ממקום של שפע אלא דווקא ממקום של מחסור.

"בגלל ריבוי המשאבים, נכנסה לשם מהר מאוד גם פוליטיקה. ההתעסקות במשאבים מסיחה את הדעת מהעבודה המדעית. אמנם התעסקות בגיוס משאבים כשהם חסרים יכולה גם היא להסיח את הדעת, אבל אצלנו, כרגע, לא זה האתגר".