מעבדות

מבוא
מעבדות הביומכניקה (חדרים 101–102) תומכות בפעילות הוראה, מחקר ופיתוח הנדסי בממשק שבין הנדסת מכונות, רפואה ושיקום.
המעבדות מתמקדות ביישום כלים ושיטות הנדסיות לניתוח תנועה אנושית ומערכות פיזיולוגיות, בדגש על טכנולוגיות מסייעות וטכנולוגיות שיקומיות.

המעבדות משרתות סטודנטים לתואר ראשון ולתארים מתקדמים במסגרת קורסים, פרויקטי גמר, פרויקטי דגל ופעילויות מחקר, וכן מהוות תשתית לשיתופי פעולה מחקריים עם בתי חולים, מרכזי שיקום וגורמים חיצוניים.

תחומי מחקר ופיתוח
המחקר המתבצע במעבדות משלב בין ביומכניקה בסיסית לבין אתגרים יישומיים מהעולם האמיתי, וכולל בין היתר:

• פיתוח מערכות להקטנת רעד בידיים
• טכנולוגיות מוזיקליות מסייעות לאנשים עם מוגבלויות
• אינטראקציה קוגניטיבית-מוטורית בעת ביצוע משימות תנועה
• שיקום תנועה באמצעות מציאות מדומה (Virtual Reality – VR)
• ממשקי מוח-מכונה (Brain-Computer Interfaces – BCI)
• מחקר ניסויי בתחום הרקמות הביולוגיות וחומרים רכים
• סריקת EEG מרובת נבדקים (EEG Hyper-Scanning) לחקר דפוסים מוחיים בין-אישיים
• מניעת נפילות והתמודדות עם מכשולים (Fall Prevention & Obstacle Negotiation)

במקביל, המעבדות מעורבות בפרויקטים יישומיים כגון:

• פיתוח טכנולוגיות מסייעות ותומכות-ביצועים עבור הנבחרת הפראלימפית
• שיתופי פעולה עם בתי חולים ומרכזי שיקום
• פתרונות הנדסיים עבור פצועי צה״ל ונכי מערכת הביטחון
• מחקר רב-תחומי המשלב מהנדסים, רופאים, פיזיותרפיסטים וחוקרים

פעילויות אלו חושפות את הסטודנטים לבעיות הנדסיות אותנטיות בעלות השפעה חברתית, קלינית וטכנולוגית משמעותית.

מערכות מדידה ותשתיות לביצוע מחקרים ניסיוניים
המעבדות מצוידות במערכות מתקדמות לניטור מאפיינים קינמטיים, קינטיים ופיזיולוגיים של גוף האדם במהלך פעילויות יומיומיות ושימוש באביזרים מסייעים.
בין הציוד הקיים:

• פלטות כוח לניתוח כוחות תגובה מהקרקע (Force Plates)
• מערכות למדידת פריסת לחצים בכף הרגל (Plantar Pressure Systems)
• כפפות מדידה למיפוי כוחות ידיים באחיזה (Instrumented Gloves)
• משטח הליכה לניתוח הליכה (Instrumented Walkways)
• מערכות עקיבת תנועה מצילום (Optical Motion Capture Systems)
• מערכות EEG EMG
• גוניומטרים (Goniometers)
• לוחות גרפיים דיגיטליים (Digital Graphic Tablets)
• מערכות עקיבת מבט (Eye-Tracking Systems)
• מערכות לניטור מדדים פיזיולוגיים כגון השתנות קצב לב (Heart Rate Variability – HRV) ומוליכות עורית (Electrodermal Activity – EDA)
• מערכת מבוססת חיישני אינרציה לניתוח הליכה
  (Inertial-Sensor-Based Gait Analysis)

בנוסף, המעבדות כוללות מגוון אביזרי שיקום וטכנולוגיות מסייעות, כגון כיסאות גלגלים, הליכונים, סדים ומערכות ייעודיות שפותחו במעבדה.

אבטיפוס וייצור מתקדם
לצורך תמיכה מלאה במחזור הפיתוח ההנדסי, המעבדות כוללות:

• דגמים אנטומיים של גוף האדם
• חומרי גלם לבניית אבי-טיפוס
• יכולות הדפסת תלת-ממד (3D Printing) כולל הדפסה של פולימרים ביו-קומפטיביליים ושל חומרים ביולוגיים (Bioprinting)
• בית מלאכה לעיבוד שבבי עם עם מחרטה ומכונת כרסום (Lathe & Milling Machine)

תשתיות אלו מאפשרות מעבר רציף מרעיון הנדסי, דרך אבטיפוס, ועד לוולידציה ניסויית.

הוראה ופעילות אקדמית
מעבדות הביומכניקה מהוות רכיב מרכזי בהוראה במחלקה.
הסטודנטים רוכשים ניסיון מעשי באיסוף נתונים, עיבוד אותות וניתוח הנדסי של מערכות ביומכניות.
במעבדות מבוצעים:

• פרויקטי גמר
• פרויקטי דגל מחלקתיים

מערכות המדידה משמשות לאימות אבי-טיפוס, איסוף נתונים ראשוני והגדרת דרישות הנדסיות, לעיתים בשיתוף גורמים חיצוניים.

קורסים המועברים במעבדות

• ביומכניקה שיקומית (Rehabilitation Biomechanics)
• מבוא לביומכניקה (Introduction to Biomechanics)
• תכנון פתרונות לבעיות כירורגיות (Designing Solutions to Surgical Problems)
• גוף האדם כמערכת הנדסית (The Human Body as an Engineering System)
• ניתוח הנדסי של מערכות פיזיולוגיות (Engineering Analysis of Physiological Systems)

למה כדאי להצטרף לפעילות במעבדות הביומכניקה?
סטודנטים המשתתפים בפעילות המעבדות נהנים מ:

• התנסות מעשית במערכות מדידה מתקדמות המשמשות במחקר, רפואה ותעשייה
• חשיפה לאתגרים הנדסיים אמיתיים בתחומי הבריאות, השיקום וביצועי אדם
• עבודה על פרויקטים בעלי השפעה חברתית וקלינית ישירה
• ניסיון בעבודת צוות רב-תחומית המשלבת הנדסה, רפואה ופיזיולוגיה
• השתתפות בשיתופי פעולה עם בתי חולים, מרכזי שיקום וספורטאים פראלימפיים
• הכנה משמעותית לקריירה בתעשייה, ללימודים מתקדמים ולמחקר

המעבדות מציעות סביבת לימוד ייחודית שבה ניתן ליישם עקרונות של הנדסת מכונות על בעיות אנושיות בעלות משמעות אמיתית.

שיתופי פעולה וקשרים חיצוניים
מעבדות הביומכניקה משתפות פעולה עם:

• מוסדות אקדמיים:
  אוניברסיטת חיפה, אוניברסיטת פיטסבורג (University of Pittsburgh, USA)
• בתי חולים:
  המרכז הרפואי פוריה, בית החולים זיו, המרכז הרפואי לגליל, בית החולים אלי״ן
• מרכזי שיקום:
  בית החולים השיקומי רעות תל-אביב, בית החולים השיקומי פוריה
• עמותות וארגונים ללא מטרות רווח (Nonprofit Organizations):
  אלווין ישראל (Elwyn Israel), אקי"ם בית גיל (AKIM Beit Gil) , כישורית (Kishorit) ,
  המפעל המוגן סראב, כרמיאל – שיקום נפגעי נפש (Sarav Protected Workshop Karmiel)
  מארג כפר ורדים , Ecommunity , (Ma’arag Kfar Vradim) מגדל אור (Migdal Or)
• תעשייה:
  Shapira Smart Solutions LTD
• קרנות פילנתרופיות:
  קרן צימר (The Zimmer Foundation), ICA בישראל

המעבדות פתוחות ליוזמות מחקר משותפות, מחקרים קליניים, פיתוח טכנולוגי ושיתופי פעולה לקידום תחום ההנדסה השיקומית והטכנולוגיות המסייעות.

General

Strength and Materials Laboratory provides the students with hands-on experience in various topics learnt theoretically in Solid Mechanics and Materials Engineering courses as well as some acquaintance with measurement techniques and devices.

The experiments and demonstrations delivered in the laboratory refer to three major branches namely strength of materials, metallurgy and measurement.

Strength of Materials

Stress-strain behavior of steels and aluminum alloys is studied in the laboratory by means of tensile tests. Tensile stress-stain tests conducted by using the computerized tensile test machine shown below demonstrate basic terms such as yield stress, UTS, Young’s modulus, elongation to fracture and reduction of area

Hardness tests conducted on different metallic alloys, ferrous and non-ferrous, by means of a hardness tester require using different hardness scales, loads and indenters. The advantages and the drawbacks of Rockwell A, Rockwell C  and Brinell scales are well presented.

Various sets of strain gages and Wheatston bridge systems serve for measuring bending stresses and strains of loaded beams, for calculating principal stresses and principal directions and for estimating the stress concentration in the case of a given geometrical constraint. Besides studying the mentioned phenomena, the students gain practice with tensometry resistance techniques and its different industrial applications

Metallurgy

Special emphasis is given to metallurgy; three kinds of processes are investigated by the students in the laboratory. These processes are quenching of carbon steel, solution and aging of aluminum alloys. Metallographic specimens of the thermally treated alloys are prepared by the students for metallographic study.

Images of the high temperature oven used for austenitizing and solution treatments, of the low temperature oven used for aging and of the optical microscope are shown below.

 Measurement

The Strength and Materials Laboratory is well equipped with various measuring devices such as manual measuring tools (calipers, micrometers, protractors, gage blocks), optical profile projector and a computerized coordinate measuring machine. 

The laboratory for research in metal machining is located in building D2. The lab was donated by ISCAR Ltd. – a world leader in producer of unique and innovative cutting tools for metalworking, including turning, grooving, milling, hole-making, boring and threading tools. It is a multinational company with representation in 50 countries.

The laboratory provides the students the essential hands-on training with modern machines and equipment, complementing their theoretical studies, and serves for research by the academic staff.

Machining is a key technology for industries in aerospace, die and mold, automotive, defense etc.

For more details about the laboratory

במעבדות המחלקה נעשה שימוש בחומרים אשר חלקם מהווים גורם סיכון באם הנך בהריון/מניקה

• פרוט החומרים בהם נעשה שימוש  – בטיחות חומרים מסוכנים במעבדות
• פרוט הMSDS  של החומרים בהם נעשה שימוש במעבדות המחלקה