חוקרים הראו כי שינוי מכני קטן במבנה רובוטים פשוטים וזעירים מאפשר להם לפתח יכולת שיתופית יוצאת דופן - הובלה קולקטיבית של מטענים גדולים וכבדים - וכל זאת ללא חיישנים, תקשורת, או בקרה חיצונית. כך עולה ממחקר שנערך על ידי צוות חוקרים מאוניברסיטת תל אביב, בשיתוף אוניברסיטת רדבוד שבהולנד.
צוות החוקרים מדגיש: ״לא תכנתנו אותם לשתף פעולה - הם פשוט עושים זאת. על ידי כיוונון פשוט של המבנה המכאני, אסופת רובוטים חסרי דעת פיתחו אינטיליגנציה נחילית".
עקרון העקמומיות
(צילום: אוניברסיטת תל אביב)
הכותבת המובילה במאמר, עדן ארבל, היא בוגרת בית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, והמחקר נערך בשיתוף עם פרופ׳ יואב לחיני וד"ר נעמי אופנהיימר מבית הספר, ובהובלת ד״ר מתן יה בן ציון, לוקו בויז, ושארלוט ואן וואס מהמחלקה לבינה מלאכותית באוניברסיטת רדבוד, בהולנד. המאמר פורסם בכתב העת Nature Communications.
המחקר התבסס על השראה מעולם הטבע. בדומה לנמלים שמצליחות לשאת מזון גדול בהרבה מהיכולת האישית של כל פרט, גם כאן נצפתה תופעה של סינרגיה ספונטנית. החוקרים גילו כי כאשר מרכז המסה של הרובוטים מוסט, הם נטו להיצמד אל המטען ולדחוף אותו בצורה מסונכרנת. עיצובים אחרים הובילו לתנועה אקראית של הרובוטים, והמחקר הראה כיצד הנדסה מכאנית של הפרט מובילה לתנועה קוהרנטית ומתמשכת של הנחיל שנושא את המטען במסלול ישר עד לקצה מערכת הניסוי.
ארבל הסבירה: "המבנה של הרובוטים הוא מאוד פשוט, וכולל סוללה, צמד מנועי רטט, ורגליים רכות. אין מעגל חשמלי מורכב או חיישנים מתוחכמים. כל שנדרש הוא שינוי קל במבנה של הרגלים הרכות כדי שהנחיל ישתף פעולה".
באופן מפתיע במיוחד נמצא כי ככל שהמטען גדול יותר - כך משתפרת יעילות ההובלה. בעוד שבמערכות פיזיקליות אחרות אובייקטים גדולים נעים לאט יותר, כאן החוקרים הראו באמצעות ניסויים ויותר מאלף סימולציות כי עצמים גדולים דווקא נעים ביציבות רבה יותר - הרובוטים נשאו את המטען יחד במסלול שהיה למעלה מסדר גודל יותר ישר מהמסלולים של הרובוטים הבודדים עצמם.
הממצאים הובילו את החוקרים להגדרה של כלל גיאומטרי חדש - "קריטריון העקמומיות" - הקובע מתי יופיע שיתוף פעולה ספונטני במערכות רובוטיות או ביולוגיות. קריטריון זה מציע מסגרת מתמטית פשוטה להבנת תופעות מורכבות של התנהגות קולקטיבית.
ד"ר מתן יה בן ציון: "במסגרת המחקר הראנו שלרובוטים בודדים יש נטייה מובנֵת להסתובב כשהם נתקלים במכשול, והמבנה המכאני מכתיב אם הרובוט יסתובב לתוך המכשול או הרחק ממנו. לנטייה הזו קראנו עקוּמיוּת (curvity) והראנו כיצד ניתן למדוד אותה וחשוב מכך, להנדס אותה – כך שכל שנדרש כעת הוא להסיט את מרכז המסה של הרובוט. רובוט עם עקוּמיוּת שלילית יסתובב לתוך המכשול, וכשהמכשול הוא משא נייד, הרובוט ידחוף. הפועל היוצא הוא ששיתוף פעולה לא מחייב מערכות מתוחכמות של חישה ותקשורת. די במנגנון מכני פשוט כדי שצוות של רובוטים יתנהג כקבוצה מאורגנת - זוהי דוגמה לכך שפיזיקה בסיסית יכולה להסביר התנהגות קבוצתית ולספק כלים לעיצוב מערכות מבוזרות.״
פרופ' יואב לחיני הסביר: ״אנחנו מציעים כאן עקרון תכנון חדש - כזה שיכול לשמש בתעשייה, בלוגיסטיקה ואפילו ברפואה. בעתיד ניתן יהיה לפתח נחילים של מיקרו־רובוטים רפואיים שיפעלו יחד בתוך גוף האדם, יישאו תרופות, או יבצעו משימות מורכבות בסביבה דינמית".
מעבר לפוטנציאל היישומי, אומרים החוקרים, הממצאים מספקים גם תובנות חדשות לגבי מנגנוני שיתוף פעולה בטבע – החל מחרקים ועד חיידקים. בכך, המחקר מדגים כיצד עקרונות פיזיקליים פשוטים יכולים להסביר תופעות ביולוגיות מורכבות ולהוות השראה לפיתוחים טכנולוגיים חדשניים.
