השנה מתקיימת בחמד"ע בפעם הרביעית התחרות על שם שוורץ-רייסמן לפרויקטים מצטיינים בחמד"ע. התחרות נושאת פרסים והיא מתקיים מדי שנה בין תלמידי חמד"ע, שהגישו עבודות מדעיות, פרי יצירתם.

השנה הגישו לתחרות תשע קבוצות של תלמידי מדע חישובי (מ"ח) את עבודות הגמר שלהם לכיתות י' י"א ו-י"ב. העבודות הכתובות נמסרו לצוות שופטים בעלי שם מן האקדמיה והתעשייה העילית.

בערב הגמר, שיערך ב-3 בינואר 2017, יציגו התלמידים, נציגי הקבוצות, את הפרויקטים בהרצאות קצרות של עד 5 דקות בפני חבר השופטים והקהל.

לחצו כאן לצפייה בגלריית תמונות מן התחרות ב-2016  

שופטי התחרות- בתשע"ז
פרופסור דניאל זייפמן, פרופסור לפיזיקה, נשיא מכון ויצמן למדע ויושב ראש הוועד המנהל של חמד"ע, מרכז שוורץ רייסמן, תל אביב.
פרופסור רועי עוזרי, חוקר במחלקה לפיזיקה של מערכות מורכבות, הפקולטה לפיזיקה, מכון ויצמן למדע וחבר בוועד המנהל של חמד"ע, מרכז שוורץ רייסמן, תל אביב.
פרופסור מיכל פרנס, מדעי המחשב, דיקנית לשעבר של המכללה האקדמית תל אביב יפו.

מורי מדע חישובי בשנת 2016: מר שלמה רוזנפלד, ד"ר עידית גרומן, ד"ר דריה דוברובין, ד"ר אבי בן סימון

מנחה הערב: ד"ר איתן קריין, חמד"ע, מרכז שוורץ רייסמן, תל אביב

הפרוייקטים

כיתה י'

זיהוי ממוחשב של פני אדם

רועי פאר וניסים ייטב, עירוני י"ד, למדו בחמד"ע מדע חישובי אצל שלמה רוזנפלד

מקום שלישי בכיתות י'

לאורך השנים צברו תחומי ניתוח התמונות וזיהוי הפנים עניין חסר תקדים. אין זה פלא, מאחר ולזיהוי פנים שימושים אינספור. החל מזיהוי הפנים בטלפון, לאבטחה של כספומטים ומקומות רגישים, ועד למכוניות ורובוטים אוטונומיים שמשתמשים בניתוח חזותי בזמן אמת של סביבתם על מנת להתנייד ביעילות ובמגוון מצבים. בעקבות כך יצאנו לחפש שיטה יעילה לניתוח מתמטי של תמונות על מנת לשייך אותן לישויות (לדוגמא, אדם מסוים או תמרורים).

לאחר שהתלמידים הרכיבו מאגר נתונים של מיפוים המתמטי של ארבעה אנשים שונים (דונלד טראמפ, הילארי קלינטון, ברק אובמה, וויל סמית') הם בדקו עשרות פעמים את יכולת התוכנה לזהות מי האדם, בהינתן תמונת פניו/ה.

קשת בענן - מודל חישובי

טל כהן ונועם ברלין  מאליאנס, כיתה י',  למדו בחמד"ע מדע חישובי אצל דריה דוברובין

מקום ראשון בכיתות י'

הקשת בענן היא תופעת טבע מרהיבה שמאז ומעולם עוררה תמיהה באנשים. לעולם הקשת תופיע בזווית קבועה מן הצופה והצבעים בה יופיעו בסדר קבוע. הזווית המקסימלית הנוצרת בין הקרן היוצאת מן הטיפה לקרן הפוגעת היא הזווית שבה רואים את הצבע.

התלמידים בנו דגם ממוחשב של קשת בענן ולמדו באמצעותו מהי הסיבה לזווית זאת, לסדר הצבעים המסוים שנראה בקשת ומדוע הצבע נראה באזור הזווית המקסימלית.

מודל חישובי של הנחיל האופטימלי

ים סתיו ואיתי שפרינצק מקרית אונו, כיתה י', למדו בחמד"ע מדע חישובי אצל עידית גרומן

מקום שני בכיתות י'

נחיל הוא קבוצה של בעלי חיים שזזים יחד בצורה מתואמת. בעבר, נבנו מודלים מתמטיים המתארים את ההתנהגות האופיינית לנחילים חסרי מנהיג שמבוססים על כמה חוקים בסיסיים שלפיהם פועל כל פריט בנחיל. לפי חוקים אלה, כל פריט בתוך הנחיל זז קרוב לשאר הפריטים ובאותו הכיוון, תוך הימנעות מהתנגשות בפריטים האחרים. ב-1986 נוצרה סימולציה ממוחשבת בשם Boids שמיישמת את החוקים האלה, ורוב הסימולציות שהופיעו לאחר מכן התבססו עליה.

באמצעות שימוש ברעיונות אלו ועוד, בנו התלמידים סימולציה גרפית תלת-ממדית שמדמה בדיוק מרבי את התנהגות הנחיל. באמצעות הסימולציה, בחנו את יעילות התנועה של הנחיל תחת פרמטרים שונים, כדי למצוא את העקרונות ההתנהגותיים המשותפים לנחילים הפועלים באופן מיטבי. השווינו את התוצאות להתנהגות הנחיל בטבע כדי לאשש את הממצאים. תוצאותינו יוכלו לשמש לבניית מודלים של נחילים יותר נאמנים למציאות, ולהבנה יותר מעמיקה של סט העקרונות הטבעי המנחה את מציאות זו.

כיתה י"א

חיזוי שכיחות מחלת האנמיה החרמשית

 אמיר לבני, עירוני ד', כיתה י"א, למד בחמד"ע מדע חישובי אצל שלמה רוזנפלד

מקום שני בכיתות י"א

אנמיה חרמשית היא מחלה גנטית הפוגעת בהמוגלובין שבתאי הדם האדומים. כאשר תא פגום מוסר חמצן, הוא משנה את צורתו לצורת חרמש. 

יש קשר הדוק בין מחלת האנמיה החרמשית לבין מחלת המלריה. בערך שלושה רבעים מהמקרים של אנמיה חרמשית מתרחשים באפריקה שמדרום לסהרה. באזור זה מלריה שכיחה מאוד. דבר זה קורה כיוון שנשאי אנמיה חרמשית עמידים כלפי מלריה.

בפרויקט זה, נכתב מודל החוזה את שכיחויות הגנים השונים של האנמיה החרמשית לאורך הדורות ונחקרה ההשפעה של מלריה על אנמיה חרמשית.

בפרויקט פיתח התלמיד מודל חישובי המדמה הורשת גנים. המודל חזה את שיעור החולים מתוך כלל האוכלוסייה בכל דור בעזרת שימוש במשוואות דיפרנציאליות. התלמיד פיתח כמה משוואות דיפרנציאליות ופתר אותן בשיטת אוילר מסדר ראשון.

תוצאות: באזורים בהם מלריה נדירה, אנמיה חרמשית צפויה להיעלם תוך עשרות עד מאה דורות. באזורים נגועים במלריה, אחוז האוכלוסייה החולה נשאר קבוע: 7-9%% מן האוכלוסייה.

התפשטות רעיונות ושינויים דמוגרפיים באוכלוסייה

מעיין גלזר מעירוני י"ד ומאיה אדרקה מליידי דייוויס, כיתה י"א, למדו בחמד"ע מדע חישובי אצל שלמה רוזנפלד

מקום ראשון בכיתות י"א

עבודה זו מתארת מודל שמטרתו לחזות את תהליך התפשטותם של רעיונות בחברה. במודל התייחסו התלמידים לכמה מאפיינים: רמת השכנוע, הסיכוי לחשוב על הרעיון באופן ספונטני, איבוד העניין, אלימות בחברה, הגירה, ילודה ועוד.

בעזרת המודל הם חקרו תחומים שונים: התפתחות טרנדים, פופולריות של מוצרים והתפתחות אוכלוסיה. מצאנו שלתנאי ההתחלה במודל יש השפעה משמעותית על התפתחותו.

ניתוח תנועה במרחב על ידי מצלמה אחת

יניר רביע  ובן וולובלסקי מליידי דייוויס,  למדו בחמד"ע מדע חישובי אצל שלמה רוזנפלד 

מקום שלישי בכיתות י"א

השיטה הנהוגה לחקירת תנועה תלת ממדית של גוף היא בדרך כלל בעזרת שתי מצלמות הממוקמות במרחב. האופן שבו מגלים היכן מצוי הגוף דומה לאופן שבו עובד מנגנון הראייה אצל בני האדם. אנו רואים שתי תמונות שונות (אחת בכל עין) ובאמצעותן אנו מבינים מהו מרחק הכדור מן המצלמה.

בעבודה ניסוי התלמידים להראות דרך אחרת ופשוטה יותר המאפשרת לחקור תנועה כזו. באמצעות פיתוח משוואות מתאימות וכיול המצלמה, הם פיתחו דרך ממוחשבת שבה אפשר לגלות מיקום של אובייקט במרחב באמצעות מצלמה לפי גודלו. הדבר מאפשר להשתמש במצלמה אחת בלבד כדי לחקור תנועה תלת-ממדית בדיוק סביר.

כיתה י"ב

זיהוי תמונות וסיווגן כתמונות טקסט

הדס ירון גולדריש מגימנסיה הרצליה ועומר פונטש מעירוני א'. כיתה י"ב. למדו מ"ח בחמד"ע אצל שלמה רוזנפלד

מקום שני בכיתות י"ב

במערכות אחסון מוגבלות, כמו טלפונים ניידים, יש עודף תמונות. בפרויקט הזה בחרו התלמידים לבנות מערכת אוטומטית לסיווג התמונות כדי לקל על מציאת תמונות מיותרות ומחיקתם.

בפרויקט פתחו התלמידים מערכת ממוחשבת שזיהתה וסיווגה תמונות. המערכת מסווגת כל תמונה נתונה לאחת משתי קבוצות: תמונות המכילות טקסט, וכאלה שאין מכילות טקסט. העיבוד נעשה באמצעות רשתות נוירונים.

זיהוי חריגות בסריקות MRI במוח
מאור קיפניס וגיא קונן, תיכון חדש, כיתה י"ב, למדו בחמד"ע אצל שלמה רוזנפלד

מקום שלישי בכיתות י"ב

רופאים נאלצים לבחון מספר הולך וגדל של סריקות ממוחשבות, כמו למשל כאלה המתקבלות מדימות בתהודה מגנטית, MRI, המשמשת בין היתר לדימות המוח.

בפרויקט בחרו התלמידים להתמקד בסריקות מוח. הם פיתחו תוכנה המזהה חריגות בסריקות תמ"ג והם מקווים שיהיה אפשר ליישם אותה בבתי חולים כדי להקל על הרופאים ולשפר את איכות האבחון. התלמידים אימנו את רשת הנוירונים המלאכותית שבנו באמצעות סריקות תמ"ג שהתקבלו ממחלקת הדימות בבית החולים שיבא.

חקירת הקשר בין הולך הרגל לתאוצות ההליכה שלו

קאי גולן,  דן קוצר  וגון אייל, עירוני ד', כיתה י"ב, למדו בחמד"ע מדע חישובי אצל שלמה רוזנפלד

מקום ראשון בכיתות י"ב

לבני אדם יש תבנית הליכה ייחודים המאפיינת כל אדם כמו טביעת אצבע. הדבר מאפשר לזהות אדם על פי אופן הליכתו. בעוד העין האנושים תתקשה להבחין בהבדלים הזעירים המבחינים אנשים שונים, מערכת של בינה מלאכותית לא תתקשה בכך.

התלמידים פתחו מערכת תוכנה הבוחנת את תבנית הליכתו של אדם ואז מסווגת אותו. לאחר מכן הם השווה שתי שיטות לאימון התוכנה: רגרסיה לוגיסטית ורשתות נוירונים.

תעודות הערכה לפרויקט סיום

אלעד רויכמן, ליידי דייויס

אופיר טל פרידמן - עירוני ד'

בועז בלדינגר - עירוני ד'

קורן חנס - עירוני ד'

נדל מאור - עירוני י"ד