הרצאות TED – מושב ג’

ד”ר שמואל קוסולאפוב, המחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה 

תחום המחקר: Image Processing

שותפים למחקר: 

תקציר: 

manipulations in a specific image. Unfortunately, whereas Value and Saturation can be calculated in any situation, Hue cannot be calculated when the specific pixel is gray. Even more, for dark regions, nearly gray regions, and for overbleached regions, the calculation of the Hue is non-reliable. Inherent to digital image noise makes the calculations of Hue in the above situations even more problematic. In an attempt to provide more control during color manipulations, an extended structure “sHSVF” was defined. Values of the fields in this structure make it possible to classify the specific pixel as “IS_VALID”, “HAS_ZERO”, “IS_TOO_GRAY”, IS_OVERBLEACHED”, “IS_TOO_DARK”, “IS_TOO_LIGHT”, and properly set the “Validity Flag” for each pixel of the image. This flag may be instrumental in color recognition and in reliably modifying the color of the pixels in accordance with the selected rules. By selecting values of the “sValidityParameters”, the user of the algorithm can specify situations when the color of the specific pixel is set to the pre-defined value, marking problematic situations. Provided examples demonstrate that this approach can be used for reliable color recognition and advanced color manipulations for synthetic and real-life images

פרופ’ עיסאם סבאח, המחלקה להנדסת ביוטכנולוגיה

תחום המחקר: ביוטכנולוגיה סביבתית

שותפים למחקר: Eric A. Ben-David, Maryana Habibi, Elias Haddad, Marei Sammar , Dror L. Angel, and Andy M. Booth

תקציר: 

Accumulation of nanoplastics (NPs) in the environment has raised concerns about their impact on human health and the biosphere. This study sheds light on the mechanism by which NPs are captured by mucus extracted from the jellyfish Aurelia sp.. The efficacy of the mucus to capture polystyrene and acrylic NPs (~100 nm) from spiked wastewater treatment plant (WWTP) effluent was systematically evaluated and benchmarked against mucus from other organisms and conventional WWTP coagulants. The mucus effect on capture kinetics and destabilization of NPs of different polymer compositions, sizes and concentrations was quantified by means of fluorescent NPs, dynamic light scattering and zeta potential measurements and visualized by scanning electron microscopy. Addition of Aurelia sp. mucus led to a rapid (<10 min) and significant removal of NPs (60-90%) from a stable suspension. The jellyfish mucus outperformed all other mucus types (0-37%) and coagulants (0-32% for ferric chloride; 23-40% for poly aluminum chlorohydrate), highlighting the potential for jellyfish mucus or mucus components to be utilized as an improved bio-flocculant. The results indicate a mucus-particle interaction consisting of adsorption-bridging and “mesh” filtration (capture).
Current wastewater treatment technologies do not efficiently remove nano-sized particulates. This study demonstrates that natural jellyfish mucin can capture and remove nanoplastic particles more efficiently than conventional coagulants.

ד”ר סמי אבו סאלח, המחלקה להנדסת מכונות

תחום המחקר: מכניקה של מיקרו מבנים, פתרון של בעיות מולטי-פיסיקס

תקציר:

This study presents an analytical study of the electromechanical buckling of a micro thin film bonded to a compliant elastic substrate. The film is simultaneously subjected to compression equi-biaxial stress and to a uniform electrostatic force. The electrostatic force is induced by applying a voltage difference between an upper elastic film electrode and a bottom rigid, fixed, and grounded electrode. When the applied compression stress is smaller than the critical buckling stress, the film contracts while maintaining its planar shape. However, it has been found that if electrostatic force is combined with the mechanical compression load and reaches a critical value of voltage, the film buckles into high-ordered periodic patterns. Motivated by the experimental results of other investigators, this study examines the critical buckling state of the one-dimensional, square checkerboard, hexagonal, and herringbone patterns. We show that all the above reasonable patterns are associated with the same critical electromechanical buckling state, characterized by the buckling voltage and critical wavelength. Finally, elastic ripples that emerge as a result of the electromechanical buckling of the film can be generated or removed by a simple On/Off switching of the voltage. The ability to generate and remove elastic ripples tremendously increases the potential of such microsystem to be utilized in different applications in the field of Micro and Nano electromechanical systems such as micro mirrors.

פרופ”ח מירי וייס כהן, המחלקה להנדסת תוכנה   

תחום המחקר: Deep Neural Networks

שותפים למחקר: דניאל איבינדר ומתן ויסברג

תקציר:

Osteoarthritis (OA) is a prevalent degenerative joint disease resulting from the deterioration of cartilage cushions at the ends of bones, specifically between the femur and the tibia. The breakdown causes direct bone-to-bone friction, which can lead to significant pain and mobility restrictions for those affected. Early detection of OA is crucial for timely clinical intervention, as well as for providing important information to those developing customized 3D-printed knee replacements.

Currently, there’s a notable absence of automatic segmentation tools that reliably delineate the femur and tibia in clinical images. This segmentation is instrumental for early identification of OA onset and precise total knee arthroplasty (TKA). By introducing a novel, enhanced Attention Unet architecture, we attempted to bridge this gap.

As part of our approach, we incorporate transfer learning for the encoder, which reduces the overall network parameters in an efficient manner. In addition, we have added an extra

depth layer that is specifically designed to capture and extract more salient features from the imaging data. Among the challenges associated with such segmentations is the possibility of false positives. This problem has been mitigated by the inclusion of a Classifier unit in our model, which significantly reduces such errors. A further innovative feature of our architecture is the use of the Tversky focal loss function, which has shown promise in improving segmentation accuracy.

The methodology was tested using a volumetric CT scan obtained from the Papa Giovanni hospital in Bergamo, Italy. The resulting predictions provided a detailed 3D model of the femur. A significant improvement in dice coefficient scores was observed compared to the baseline Attention U-net and results published in recent literature.

The enhanced architecture presented here offers a promising approach for improving the accuracy and reliability of femur and tibial segmentation, with potential applications in the early diagnosis of osteoarthritis and in the refinement of TKA procedures.

פרופ”ח מיכאל רגב, המחלקה להנדסת מכונות

תחום המחקר: הנדסת חומרים

שותפים למחקר: Prof. Stefano Spigarelli, Ancona, Italy

תקציר ההרצאה: 

Metallurgical and Mechanical Properties of Friction Stir Welded Pure Titanium
Michael Regev 1, Stefano Spigarelli 2
1Department of Mechanical Engineering, Braude College, P.O. Box 78, Karmiel 21982, Israel
2DIISM, Università Politecnica delle Marche, Ancona 60131, Italy
Commercially pure titanium (CP-Ti) plates were friction stir welded (FSWed) using a welding tool with a tungsten carbide (WC) pin. The bead-on-plate technique was applied to reduce the effects of welding defects, such as incomplete penetration. Many publications dealt with creep studies of CP-Ti, however, no publication refers to the creep behavior of a FSW’ed joint. The current paper, which is a part of a broader research, focuses on the metallurgical processes occurring during the creep of a FSW’ed CP-Ti joint at the temperature range of 550-6500C. Necking and creep fracture occurred, in all cases, at the parent material (PM) and not at the thermo mechanically affected zone (TMAZ). This shows, in turn, that the TMAZ is more creep resistant than the parent material. Fractography yielded that the fracture surface were typical for creep fracture and that the fracture mechanism was microvoid coalescence. It also ruled out any pre-existing
defect. TEM study of broken crept specimens revealed randomly distributed dislocations but no evidence of grain refinement. It was concluded, therefore, that dislocation glide was the dominant creep mechanism. The
technological implication of the current study is that the welding process is safe for use as far as the creep properties are concerned.

ד”ר לילך יסעור, המחלקה להנדסת ביוטכנולוגיה

תחום המחקר: אינטראקציות בין צמחים לחיידקים

שותפים למחקר: עינת צחורי פיין, ורד נאור, שחל עבו, עודד שוסיוב, בטי שוורץ

תקציר: כאשר אנחנו חושבים על המושג אקולוגיה בעיני רובנו עולה תמונה של הסוואנה באפריקה: אריה משחר לטרף, עדרים של ראמים ניזונים מהעשבייה ובכך משפיעים על סביבתם. ואכן, ההגדרה של אקולוגיה הינה כלל יחסי הגומלין בין בית גידול לאוכלוסיות הנמצאות בו. אקולוגיה מיקרוביאלית הינה אקולוגיה של חיידקים ושאר מיקרואורגניזמים, שלמרות גודלם הקטן (מאד), יחסי הגומלין בינם לבין סביבתם זהים למערכות המוכרות: יחסים של טריפה, תחרות על מקום ומזון ואף מלחמה בנשק לא קונבציונאלי על ידי הפרשת חומרים כימיים הינה נפוצה באוכלוסיות חיידקיות אלו. מכיוון שהאוכלוסיות של החיידקים הינן קטנות, בית הגידול אף הוא אינו גדול ואפילו רקמת עלה בצמח יכולה להוות סביבה הולמת לגידול כמות גבוהה וסוגים שונים של אוכלוסיות חיידקיות. אוכלוסיות אלו יכולות להיות מזיקות ולחולל מחלות בפונדקאי שלהן או מועילות המפרישות ויטמינים והורמונים שונים. שיווי המשקל בין האוכלוסיות השונות באיבר המאוכלס הינו אחד הדברים שקובע האם הצמח בריא או נגוע במחלה.
במעבדת המחקר שלי המתמקדת ביחסי צמח- חיידק אני מאפיינת את האקולוגיה של אוכלוסיות חיידקיות בתוך הצמח ומבודדת אוכלוסיות מועילות היכולות להועיל לצמח הן כביודשן והן כמדבירים ביולוגיים. הבנת יחסי הגומלין בין התבדידים לצמח ולחברת החיידקים הטבעית ובחינת דרכי יישום שונות כולל האורגניזם השלם או המטבוליטים אותם הוא מפריש מחברות בין אקולוגיה ומדע בסיסי ליישום ותעשייה.
בנוסף, בחברת הזנק שהקמתי “wonder veggies” אני מנסה להחדיר לצמחים חיידקים פרוביוטיים אנושיים על מנת לייצר סלט פרוביוטי שיימכר לצרכן כFood as medicine.
בהרצאה הנוכחית אתן סקירה קצרה על מספר מחקרים שלי המתמקדים במעבר בין אקולוגיה מיקרוביאלית ליישום חיידקים מועילים בצמח.

ד”ר גלעד אלפסי, המחלקה להנדסת ביוטכנולוגיה

תחום המחקר: הפיכת פסולת צמחית לביו-דלק

תקציר:

A significant part of biomass waste (crops residue) is currently burned in an uncontrolled manner, this burning causes odor, smoke hazards and environmental air pollution. Therefore, an effective conversion of this waste to biofuels is essential. The main components of this waste is called ligno-cellulose. It is a complex of cellulose and hemicellulose located in a lignin shell, whose original role was to strengthen and protect the plant. While cellulose and hemicellulose can be converted to biofuels through enzymatic hydrolysis and fermentation reactions, lignin can be used as a raw material for the adhesive industry, plastics and more. For effective hydrolysis, two sequential processes are required: extraction of lignin followed by disruption of the cellulose crystal structure. A combination of these processes harms the economics and maturation of biofuels from biomass waste.
The current research focuses on developing a technology to disrupt the cellulose-hemicellulose-lignin complex and cellulose crystal structure, in a single step without lignin separation. It uses a low-cost aqueous solvent, that swells the cellulose fibrils inside the complex, without removal of lignin, allowing effective enzymatic cellulose hydrolysis. Thus, cellulose conversion rate is increased despite lignin presence, which reduces the solvents and enzymes costs and makes the process more efficient and economical.

ד”ר אלעד דננברג, המחלקה להנדסת מכונות

תחום המחקר: שימושים הנדסיים לבינה מלאכותית, אופטימיזציה ובקרה

שותפים למחקר: איליה זלדנר

תקציר: 

כמות הזבל החללי גדלה באופן מתמיד מאז תחילת עידן החלל, אבל בשנים האחרונות נוספו במסלולים קרובים גם אלפי לוויינים קטנים בקונסטלציות גדולות (כמו סטארלינק של ספייס אקס, קוויפר של אמאזון ו-וואן ווב של איירבאס) שמטרתם ליצור רשת תקשורת עולמית. כך נוצר מצב שבו מסלולים שלמים צפופים וקיים חשש שהתנגשויות בין לוויינים או בין לוויין לזבל במסלולים אלו יובילו לאפקט קסלר: מצב בו אי אפשר לשגר יותר לוויינים למסלול מסוים.
ניתוח של דוחות שסטארלינק פרסמה מעיד שהלוויינים בקונסטלציה מתמרנים בממוצע כפעם בחודש על מנת להימנע מהתנגשות עם זבל חללי או לווין של חברה אחרת. זו כמות תמרונים מאוד משמעותית והצפי הוא שכמות התמרונים שיש לחשב תגדל בצורה מעריכית. כיום החישובים נעשים בעזרת מערכת אוטומטית על הקרקע, אבל בעתיד עלולות להיווצר בעיות עומס, ותזמוני תקשורת על המערכת.
מטרת המחקר הזה היא ליישם אלגוריתמים יעילים לחישוב סיכוי להתנגשות, לתכנן תמרון התחמקות בתוך הלווין עצמו, ובכך להוריד עומס מתחנות הקרקע. שיפור זה בלוויינים יאפשר גם שליטה על קונסטלציות מסביב לירח ולמאדים. הלוויינים יבצעו בעצמם תמרוני התחמקות.
המחקר נעשה בשיתוף פרויקט גמר ופרויקטים מצטיינים של סטודנטים מהמחלקות להנדסת מכונות ותוכנה. הסטודנטים מפתחים אלגוריתמים ומיישמים אותם על כרטיסי עיבוד של לוויין, כרטיסים שמסוגלים לעבור שיגור, ובכך מפתחים את המערכת תוך הוכחת התכנות.
המחקר הינו פורץ דרך. לא קיים היום לוויין שעושה את החישובים האלה בעצמו היות והם נחשבים “כבדים”. הסטודנטים מוכיחים שאלגוריתמים לחישוב מרחק בין שני גופים במסלול, שפותחו על ידי סגל המכללה, יעילים מספיק כדי לרוץ על מחשבי הלוויין. בנוסף מפותחים אלגוריתמים יעילים נוספים לחישוב מיקום הלוויין בזמן, כך שתיווצר מערכת תכנה כוללת שתאפשר לוויין אוטונומי.

ד”ר אירה רווה, המחלקה 

תחום המחקר: הוראת הנדסה מרחוק

שותפים למחקר: 

תקציר: 

פרופ”ח שרית סיוון, המשנה לנשיא לעניינים אקדמיים

תחום המחקר: Biomedical Engineering, Medicine, Orthopedy

שותפים למחקר: 

תקציר: