חומרים פולטי אור: בין גימיק חזותי לחדשנות בתשתיות
- Efrat Barak
- 15 ביוני
- זמן קריאה 5 דקות
עודכן: 17 ביוני
יש חומרים שנשארים 'נעלמים' עד שמגיע הרגע וההקשר המדויק שלהם. חומרים זוהרים בחושך, כלומר כאלה שמכילים פיגמנטים פולטי אור, הם דוגמה מובהקת לכך: באור יום הם נוטים להיראות אפרוריים ושגרתיים עד שהם כמעט בלתי-נראים, אך בחשכה הם חושפים תכונה חומרית ייחודית שמעוררת פליאה. יכולת ההארה שלהם נובעת לרוב מתופעה פיזיקלית שנקראת פוטולומינסנציה (Photoluminescence): היכולת לקלוט אנרגיית אור ולשחררה מחדש. כאשר פליטת האור נמשכת באופן פסיבי גם לאחר שמקור האור המקורי נעלם, התופעה מכונה פוספורסנציה (Phosphorescence).
הטכנולוגיה העומדת בבסיס החומרים, או הפיגמנטים הללו אינה חדשה, אך התרכובות הכימיות המרכיבות אותם עברו אבולוציה משמעותית במטרה להסיר רכיבים רעילים או רדיואקטיביים שהיה נהוג להשתמש בהם בעבר. כיום, מרבית היישומים המודרניים מבוססים על גבישים יציבים של סטרונציום אלומינט (Strontium Aluminate).
המעבר הדינמי בין חוויה לתשתית
במרחב הצרכני היומיומי, חומרים פוספורסנטיים מזוהים לעיתים קרובות עם מוצרי פופ, בעלי אופי דקורטיבי או משחקי, כגון מדבקות קיר או אביזרי מסיבות. בהקשרים אלו, התכונה החומרית מתפקדת כאפקט חזותי, במטרה לייצר תחושות קסם, פליאה או שעשוע.
עם זאת, אותה תכונה חומרית בדיוק מספקת תפקוד שונה לחלוטין כאשר היא מוטמעת בתוך מערכת תפעולית. כך למשל, בסימון ושילוט חירום במרחבים מוגנים או מקלטים הפיגמנטים הללו מספקים מענה תשתיתי קריטי שאינו תלוי ברשת החשמל. ביישום מהסוג הזה החומר אינו נבחן לפי ערכו האסתטי, אלא לפי היכולת שלו להעניק למשתמשים תחושת ביטחון, התמצאות ושליטה במרחב במצבי קיצון. במקרים מסוימים ניתן גם לראות יישומים שמשלבים בין הערכים האסתטיים והחוויתיים של החומרים הללו לבין הערכים הפונקציונליים שלהם.
כך לדוגמה, פרויקט "הכביש החכם" (Smart Highway) שהשיק המעצב ההולנדי דן רוזגארד (Daan Roosegaarde) בשנת 2012 בשיתוף חברת התשתיות Heijmans הציע לשלב בין היכולות והערכים הללו בקנה מידה מאקרו-תשתיתי. רוזגארד, מעצב-אמן שחקר בעבר יחסי אור ותנועה במרחבים ציבוריים דרך מיצגים חווייתיים (כדוגמת המיצב האינטראקטיבי DUNE שהוצג במוזיאון העיצוב חולון), ניסה לתרגם את סימוני האספלט המסורתיים למערכת פסיבית הזוהרת בחושך ומחליפה את תאורת הרחוב.
לאחר תקופת פעילות לא ארוכה ועל אף התגובות החיוביות, הפיילוט נתקל באתגרי עמידות ושחיקה וחוסר התאמה לתנאי האקלים המקומיים שהובילו להפסקתו. עם זאת, החשיפה הנרחבת שלו הפכה אותו למעין סמן-דרך בתוך שורה של פרויקטים ניסיוניים ברחבי העולם שהשתמשו בחומרים פוספורסנטיים לסימון דרכים, והציף שאלות מהותיות בנוגע לאופן שבו אנו מעריכים פתרונות חומריים חדשניים.
ניתוח כלכלי ומערכתי של חלופות חומריות
כבר כמעט שני עשורים שניתן לראות גל של ניסויים ברחבי העולם שמשתמשים בחומרים זוהרים בחושך לסימון מערכות כבישים ודרכים, בין היתר באוסטרליה, באירלנד ובמלזיה. יש לכך מספר הצדקות בטיחותיות, כלכליות וסביבתיות: ראשית, ההנחה היא שסימון דרכים בצבע זוהר בחושך משפר את ההתמצאות המרחבית ותחושת הבטיחות של משתמשי הדרך השונים, בדומה לשימושו בשילוט חירום. שנית, השימוש באמצעי סימון בטיחותי שאינו דורש הקמה והפעלה של תשתיות מורכבות, דוגמת חשמל, הוא חסכוני באופן עקרוני ויכול גם לספק מענה באיזורים בהם יישום של תשתיות מורכבות אינו משתלם או אפשרי. לבסוף, הפחתת השימוש באנרגיה (חשמל) והפחתה של זיהום האור שמייצרות תשתיות הכבישים מפחיתים את הפגיעה בסביבה הטבעית ומעודדים את המגוון הביולוגי.
אחת הדוגמאות לפיילוט כזה שנעשה בשנים האחרונות בוצע בשנת 2023 במחוז Hulu Langat במלזיה. הוא מעניין לא רק בגלל הפוטנציאל הראשוני שהיה אולי גדול יותר מזה של הפיילוט ההולנדי, אלא משום שהוא ממחיש כשל נפוץ בתהליכי קבלת החלטות ובחינת היתכנות של טכנולוגיות חדשות.
הניסוי המדובר נולד מתוך צורך בטיחותי ממשי במדינה המשופעת במקטעי דרך כפריים, חשוכים ונטולי תאורה, שמאופיינים בשיעור תאונות גבוה. באזורים מסוג זה, פתרונות פסיביים המבוססים על החזרת אור, כגון "עיני חתול" (המכונות גם Raised Pavement Markers - RPM או road stud), מספקים מענה חלקי בלבד מכיוון שבדרך משתמשים גם הולכי רגל או רוכבי אופניים רבים, שאינם "מייצרים" אור בעצמם ולכן אינם מייצרים החזר אור. לכן, הרשויות החליטו ליישם צבע פוטולומינסנטי מיוחד על גבי האספלט שפולט אור באופן פסיבי בשעות החשכה. הפרויקט קיבל תגובות נלהבות, גם מהתושבים וגם מרשויות אחרות במדינה, אך הוא הופסק כעבור כשנה, כאשר עילת הביטול המרכזית היתה עלותו הגבוהה של הצבע הזוהר בחושך, אשר עולה פי כמה עשרות בהשוואה לצבע סימון דרכים סטנדרטי.
מנקודת המבט של חדשנות אסטרטגית, ההשוואה הזו בין הצבעים לוקה בחסר. צבע סימון רגיל לא מייצר ראות עצמאית בחשכה ואינו משנה את משוואת הבטיחות באזור החשוך, לכן הוא אינו חלופה פונקציונלית בת השוואה. כדי לקבל החלטה מעשית ומבוססת, נכון היה להשוות את עלות הצבע המיוחד לעלותם של פתרונות שכן מספקים בטיחות משופרת בדרכים הללו, דוגמת מערכת תאורה מבוססת חשמל. במקרה כזה ככל הנראה שההחלטה הייתה נוטה לכיוון הצבע הזוהר בחושך שכן במקרה של תאורה חשמלית נוספות עלויות של הקמה ופריסת תשתיות, עמודי תאורה, תחזוקה שוטפת וכן צריכת אנרגיה רציפה. עם זאת, במקרה של הפיילוט המדובר הוחלט, לפחות לעת עתה, לעצור מבלי לספק מענה בטיחותי משופר. בהקשר זה מעניין להזכיר גם את העלויות החיצוניות של הויתור על הפרויקט, כלומר העלות הבריאותית והחברתית של תאונות הדרכים. בחינה מקיפה מסוג הזה, אשר לוקחת בחשבון את העלויות המלאות של ההחלטה, אולי הייתה עשויה לשנות את הכדאיות העסקית ולהציג את השימוש בחומר החדשני כפתרון יעיל ובר-השגה.
חומרים פולטי אור, גבולות החשכה וההקשר הסביבתי
כשמסתכלים על פיתוחים פורצי דרך ועל העלויות בטווח הרחוק, כדאי לזכור כי הערכת הביצועים של חומר או פתרון מסוים אינה מנותקת מהמערכת האנושית והאקולוגית שבה הוא פועל, ולכן לא כל יישום של פתרון חדשני הוא בהכרח הפתרון הנכון. כך לדוגמה, בשנים האחרונות פורסמו מגוון מחקרים וניסויים העוסקים בהנדסה גנטית של צמחים והפיכתם למעין גחליליות צמחיות באמצעות החדרת מנגנוני הארה ביולוגיים (bioluminescence), במטרה ליצור מנגנוני "תאורה מן הטבע". אך בהקשר של התערבות עמוקה שכזו בגנטיקה של יצורים חיים (כן, צמחים הם יצורים חיים) וההשפעות הפוטנציאליות של שילוב יצורים חיים מהונדסים גנטית בסביבה הטבעית רב הנסתר על הגלוי, ומה שכבר גלוי מעורר דאגה בקרב המומחים.
תובנה זו מתכתבת גם עם עקרונות יסוד באקולוגיה המודרנית, הטוענים שמכיוון שהטבע פועל כמערכת אדירה שבה כל אלמנט קשור למשנהו ביחסי גומלין מורכבים שרובם אינם ידועים לנו, השימוש במידה בריאה של ענווה בכל מקרה של התערבות אנושית בסביבה הטבעית הוא כנראה המעשה הנכון. בנוסף, בהקשר של תאורה לילית הספרות המדעית כבר הוכיחה כי מינים רבים של בעלי חיים וצמחים תלויים במחזורי חושך קבועים לצורך פעילותם הביולוגית התקינה, וההחדרה של מקורות אור קבועים עלולה לייצר פגיעה סביבתית משמעותית שתוצאותיה נחשפות עם הזמן. התופעה, המכונה "זיהום אור" (light pollution) עשויה לפגוע גם באספקטים שונים של חיי האדם, כמו פגיעה באיכות השינה ואפילו בחוויות פנאי.
משום כך, מתוך כוונה אקטיבית לצמצם את זיהום האור ולשמר את המגוון הביולוגי המקומי במכתש רמון, הוא הוכרז לפני מספר שנים כשמורת אור כוכבים בינלאומית (International Dark Sky Park) מה שאומר בפועל, צמצום מקסימלי של התאורה המלאכותית בשטח המכתש ואף בסביבותיו. בהקשר שלנו, היישום של אגרגטים (aggregates) פולטי אור בתוך יציקות בטון ומשטחי הליכה במרחב הציבורי, כפי שנעשה עוד קודם להכרזה בשביל ההליכה בפארק הפסלים המדברי שבמצפה רמון מציע פתרון - אשר מעבר לאפקט החזותי המרשים - מדגיש את המורכבות שבין תפיסת החומר כ"גימיק" לבין שילובו במערכות פונקציונליות מורכבות, ומספק מענה שמתחשב במידה מסוימת בסביבה הלילית.
ואכן, הביקור הלילי בפארק הפסלים מראה כי שילוב האגרגטים הזוהרים בשביל ההליכה אינו מתחרה בחשכה או מאיר את המרחב בצורה מלאכותית; הוא מתקיים לצידה. האבנים פולטות האור מסמנות את תוואי השטח בעדינות, הן מאפשרות התמצאות אנושית בסיסית מבלי להפר את האיזון הסביבתי של השמורה. בהשוואה לתוצאות הפיילוטים שנעשו בכבישים, נראה כי דווקא השילוב המבוקר של חומרים פולטי אור במרחבים שמאופיינים בקצב תנועה איטי ובקנה מידה אנושי יותר, כגון שבילי הליכה, אופניים או פארקים, הוא זה שמפיק את התועלת הרבה ביותר מהתכונות הייחודיות של החומרים הללו.
אכן חדשנות בחומרים אינה מחייבת תמיד סינתזה של פולימר חדש או פריצת דרך במעבדה, יחד עם זאת, יהיה מעניין לראות אם יגיע החומר החדש שיוכיח עמידות ויעילות לסימון כבישים זוהר בחושך שבאמת עובד. כדי שזה יקרה צריך להתחיל עם הבנה מעמיקה של תכונות החומר, החל מיכולת ההראה הפסיבית ועד לעמידות בפני שחיקה על ידי גלגלי המכוניות, כולל את האופן שבו ניתן ליישם ולתחזק את הצבע על ידי הצוותים והתאמה לתנאי האקלים המקומיים.
הכל קשור בהצבה של היכולות והאפשרויות בתוך המערכת הנכונה. כאשר אנו מגדירים נכון את תנאי ההשוואה הכלכליים ומבינים את ההשלכות הסביבתיות של היישום, חומרים חדשים ומוכרים יכולים לייצר ערך חדש לחלוטין ולסמן פתרונות מעשיים לאתגרי המחר.
רוצים לגלות עוד על חדשנות בחומרים? מוזמנות ומוזמנים ליצור קשר ולקבל מידע על ההרצאות ועל שירותי הייעוץ והמחקר, וגם להירשם לניוזלטר לקבלת עידכונים תקופתיים על כל הנעשה בתחום.
