ל"ג בעומר נוסף בפתח. תפוחי אדמה צלויים במדורה הם זיכרון ילדות מעלה חיוך. והנה עוד סיפור מעלה חיוך על שימוש בתפוחי אדמה, הפעם באופן שונה לגמרי…

*

היום, גלישה באינטרנט במהלך הטיסה נראית לנו דבר שגרתי לחלוטין. אבל לפני 14 שנה, האפשרות הזו היתה מהפיכה של ממש. עד אז, נדרשו הנוסעים לכבות את הטלפון הסלולרי או להעבירו למצב טיסה, מתוך חשש שהסיגנל ישבש את מערכות הניווט והקשר הרגישות של המטוס, בייחוד בנחיתה ובהמראה.

על אותו פיתוח ששינה את חווית הטיסה שלנו, עלינו להודות למדענים של חברת בואינג, אבל… גם לתפוח-האדמה!

*

אספקת רשת וויי-פיי (גלי רדיו) חזקה ויציבה במטוס צפוף מהווה אתגר טכנולוגי, כיוון שגוף האדם סופג ומחזיר גלי רדיו ויכול להתערב בשידור. אחת המשימות המורכבות בהנדסת אווירונאוטיקה היא מיפוי של התפשטות גלים אלקטרומגנטיים בחלל סגור ורועש. טלפונים סלולריים, במיוחד כשהם מנסים להתחבר לאנטנה רחוקה על הקרקע, מגבירים את עוצמת השידור שלהם למקסימום, מה שעלול לגרום להפרעות שונות למערכות הטיסה, והמערכות הישנות במטוסים לא היו ממוגנות מספיק מפני מצבים כאלה.

ב- 2012, עמל צוות של בואינג על פתרון לבעיה ופיתח מערכת חדשה, אך בשלב מסויים עמדו המפתחים בפני אתגר חישובי: איך ניתן למדוד את פיזור אותות הוויי-פיי בקבינה מלאה באנשים? הרצת המערכת בזמן טיסה אמיתית לא באה בחשבון, ובדיקת המערכת על הקרקע, עם מטוס מלא במשך שעות וימים, לא נשמעה מעשית.

מקור: בואינג

פרי-האדמה לעזרת הגולש בשחקים

הפתרון הגיע מכיוון לא צפוי. אחד המהנדסים שהיו מעורבים בפרוייקט, דניס לואיס, מצא מאמר שפורסם מספר שנים לפני כן בז'ורנל למדעי המזון, שבו בדקו חוקרים את התכונות הדיאלקטריות של 15 פירות וירקות, לצורך חקר התנהגותם במיקרוגל.

תכונות דיאלקטריות מתארות כיצד חומרים מגיבים עם גלים אלקטרומגנטיים, כולל אלה שפולט תנור המיקרוגל. למשל, כמה אנרגיה מזון יכול לספוג בתנור המיקרוגל ועד כמה גלי המיקרוגל יכולים לחדור אל תוך המזון.

דיאלקטריות היא התגובה של חומרים עם גלים אלקטרומגנטיים.

התדירות של תנור המיקרוגל היא 2.45 GHz (ג'יגה-הרץ).  בתדר זה, מולקולות המים שבמזון מסתובבות, עוברות ויברציה, ותנועתן גורמת לחימום המזון. אותות ויי-פיי, וגם בלוטות', משודרים בתדירות מאד דומה, של  GHz 2.4.

כשעבר על הנתונים שבמאמר, לואיס שם לב לדמיון המפתיע בין התכונות הדיאלקטריות של תפוחי-אדמה ובני-אדם. כלומר, היכולת של תפוחי-האדמה לאגור אנרגיה חשמלית בשדה אלקטרומגנטי כמעט זהה לזאת של רקמת אדם בתדר זה, עקב תכולת המים וההרכב הכימי שלהם. ולכן, הבינו בצוות בואינג, אפשר לבדוק את הטכנולוגיה החדשה על תפוחי-אדמה במקום על נוסעים אמיתיים.

בשלב זה, בואינג רכשה 9 טון של תפוחי אדמה, והניחה אותם בשקים על מושבי המטוס בתור "נוסעים". כך יכלו לבדוק את חוזק האות האלחוטי בנקודות שונות בתא הנוסעים, לבצע מדידות רדיו-מטריות מדויקות, למפות "נקודות מתות" ולייעל את מיקום נקודות הגישה. כמובן שעזר שה"נוסעים" היו סבלנים וישבו בשקט במהלך הבדיקות הארוכות…

כדי לפתור את בעיית הגובה והנפח של ה"נוסעים" ולדמות אותם לבני-אדם אמיתיים, המהנדסים של בואינג לא הסתפקו בהנחת השקים על הכיסאות, אלא הם היו צריכים לגרום לערמות תפוחי האדמה "להתנהג", פיזיקלית, כמו נוסעים יושבים. הם ערמו את השקים על המושבים כך שיגיעו לגובה ממוצע של פלג גוף עליון של אדם יושב, כ-70-80 ס"מ מהמושב.

במהלך הפעלת המערכת, גלי הרדיו נתקלו ב"מסה" של חומר סופג קרינה, שחסם את האות בדיוק כפי שגוף של נוסע היה חוסם אותו עבור הנוסע שיושב מאחוריו. כך יכלו לבדוק את ההחזרים מהתקרה ומדפנות הקבינה. הבדיקה הייתה כל כך מדויקת שהיא חשפה את "אפקט הצל" – המהנדסים גילו שיש מושבים שבהם הקליטה חלשה כי הנוסעים מלפנים "בולעים" את האות. בעקבות כך, הם התקינו יותר נקודות גישה לאורך תקרת המטוס, כדי שהאות יגיע מלמעלה ולא יצטרך לעבור דרך כל האנשים בשורה.

הניסוי היה כל-כך מוצלח, שהוא קיצר את זמן הפיתוח של מערכות הוויי-פיי במטוסים מחודשים לימים בודדים, והיווה בסיס לשינוי הרגולציה ב-2013, שאפשרה בסופו של דבר את פתיחת המכשירים לאורך כל הטיסה.

הפרוייקט זכה לכינוי ההומוריסטי "ספאדס" – ראשי תיבות של SPUDS – Synthetic Personnel Using Dielectric Substitution , ומשחק מילים על המילה "ספאד", כינוי לתפוח-אדמה בסלנג אמריקאי. בסיומו, בואינג תרמה את כל תפוחי האדמה לבנקי מזון מקומיים בסיאטל או להאכלת בעלי-חיים. (הבדיקות לא כללו קרינה מייננת, כמו רנטגן, אלא רק גלי רדיו בעוצמה נמוכה, ולכן תפוחי האדמה נשארו בטוחים לגמרי לצריכה).

הניסוי הזה הוא דוגמה מקסימה לחשיבה יצירתית. הוא הראה שאפשר לקחת נתונים מתחום אחד ולהשליך אותם על תחום אחר לגמרי. כשחוקרים משהו אחד, מי יודע לאן זה יוביל… כנאמר, השמיים הם הגבול.

נאחל לכולנו טיסות רציפות ובטוחות, לכל מקום ובקרוב, ומכל הסיבות הטובות, ולמי שחוגג ל"ג בעומר עם מדורה – עוד סיבה להרים לתפוח-האדמה הצנוע והטוב.

*

 הסיפור הזה הוא רק אחד מסיפורים מעניינים רבים על טכנולוגיות חדישות וחדשניות בתחום המזון, שנכללים בהרצאה שלי "מזון בדיוני". אני עוקבת אחרי פיתוחים ומחקרים מעניינים כבר משנת 2010 ועוד היד נטויה. להזמנת ההרצאה הזו ואחרות, שילחו הודעה בקישור הזה.

לצפיה נוספת:

לקריאה נוספת:

Jason Keyser, Boeing engineers use spuds to improve in-air Wi-Fi Phys.org, December 22, 2012

Sipahioglu and S.A. Barringer on Dielectric properties of vegetables and fruits as a function of temperature, ash, and moisture content, Journal of Food Science, 2003, 68(1):234–239