יש לך עניין עם רובוטי בניין

טרמיטים, בדומה ללא מעט חרקים אחרים, מסוגלים לפעול באופן עצמאי ללא שליטה מרכזית ישירה. למרות היעדר "מוח מרכזי", הטרמיטים מסוגלים להקים מבנים מרשימים במורכבותם ובגודלם, ולפעול בצורה הנראית למתבונן מן החוץ כאילו היא מתואמת להפליא. חוקרים מאוניברסיטת הרווארד הצליחו לפתח רובוטים קטנים המסוגלים לפעול באופן עצמאי בדומה לטרמיטים, ולהקים מבנים מורכבים ללא שליטה מרכזית או תקשורת ישירה, בהתבסס על חיישנים פשוטים וחומרה מועטה.

ד"ר רדהיקה נגפל (Nagpal), חוקרת מדעי המחשב מהמרכז למחקר הנדסי מושפע ביולוגיה באוניברסיטת הרווארד, מסבירה כי ההשראה לפיתוח הרובוטים הגיעה מהטרמיטים בשל יכולתם לבצע פעולות מורכבות כקבוצה, ללא השגחה או תקשורת מורכבת. שלא כמו מהנדסים אנושיים, לטרמיטים אין תוכניות בניין, ובכל זאת הם מצליחים לבנות מבנים מופלאים ולתחזק אותם אל מול שינויים סביבתיים כגון רוחות, גשמים ופלישה של בעלי חיים שונים.

בעוד שאנו רגילים לחשוב על פרויקטים הנדסיים מורכבים כחלק ממסגרת היררכית, שבה קיימות מטלות ברורות ותפקידים מוגדרים הנמצאים תחת פיקוח של גורם מרכזי, בעולם החרקים החברתיים, הדברים פועלים בדרך שונה. הטרמיטים מתקשרים ביניהם על ידי טכניקה של תקשורת עקיפה באמצעות השארת סימנים סביבתיים. טכניקה זו מכונה Stigmergy והיא מאפשרת יצירת מבנים והתנהגויות מורכבות ללא צורך בתכנון, בשליטה או אפילו בתקשורת ישירה בין סוכני הפעולה השונים (הטרמיטים, הרובוטים או כל גורם אחר). סוכני הפעולה הללו יכולים להיות פשוטים מאוד ולהתנהל באמצעות "קוד הפעלה" בסיסי, ללא שימוש באמצעי חישה מורכבים, בזיכרון או בתקשורת ישירה.

טרמיטים מסוגלים להקים מבנים מרשימים במורכבותם
צילום: שאטרסטוק

שיתוף פעולה רובוטי

הרובוטים, שאותם פיתחה נגפל וצוותה, מכונים TERMES והם  משתמשים בטכניקת ה-Stigmergy: אף שפעולה של כל אחד מהם פשוטה, הם יוצרים יחד אינטראקציות מורכבות ואף הצליחו להרכיב מבנים תלת ממדיים גדולים למדי (ראו וידאו). לרובוטי ה-TERMES מבנה פשוט, הכולל שלושה מנועים המסייעים להם בתנועה, וכן מספר מצומצם של חיישנים פשוטים וזולים (אינפרה אדום, אולטרה-סאונד ומד תאוצה), שבאמצעותם הם מסוגלים לנוע במרחב בהתבסס על מודל מתמטי שהחוקרים קיבלו מראש. צוות הפיתוח פירק עבור הרובוטים את הפרויקט (בניית פירמידה לדוגמה) לסדרה של כללים פשוטים, המורים כיצד לנוע והיכן להניח "לבנים". ההוראות לא כללו התייחסות לסדר שבו יש להניח את הלבנים – ובמקום זאת הרובוטים פעלו תוך התייחסות למיקום של רובוטים אחרים ולמצב הלבֵנים שכבר הונחו. כך התקבל לבסוף מבנה שלם, אשר נבנה ללא צורך בתוכניות בנייה מפורטות באופן ישיר, אלא על סמך מקבץ הנחיות בסיסיות והמצב בשטח.

היתרונות של שימוש בשיטת ה-Stigmergy הוא חיסכון כמעט בכל המישורים – הרובוטים עצמם פשוטים, מהירים לייצור וזולים (למעשה החוקרים התייחסו אליהם כאל חד-פעמיים). הם אינם צורכים רוחב פס לצורך תקשורת, והתכנות שלהם בסיסי ביותר. אולי אחת הנקודות החשובות נוגעת לכך שהמערכת ניתנת להרחבה כמעט ללא גבול. בעוד שמערכות רובוטיות רגילות, הכוללות כמה רובוטים, מחייבות שליטה מרכזית כלשהי, שהולכת ונעשית מורכבת יותר ויותר ככל שמספר הרובוטים שעליהם יש צורך לשלוט גדל, במערכות מבוזרות ללא שליטה מרכזית, דוגמת TERMES, אפשר להוסיף רובוטים ללא חשש – ממש כשם שהוספת טרמיטים איננה יוצרת עומס על פעולת הקן.

הדבר המדהים ביותר בנוגע לרובוטים החדשים הוא העובדה שהם עצמם נוצרו על ידי "רובוט" – עיקר הרכיבים של רובוטי ה-TERMES הודפסו באמצעות מדפסת תלת-ממד במעבדה. אף שהדור הנוכחי של הרובוטים הצליח להשלים משימת הרכבה של מבנים עשויים קלקר בלבד, וכנראה לא יבנה דבר מחוץ למעבדה, אין מניעה עקרונית כי בתוך כמה שנים נראה רובוטים-בנאים גדולים יותר מבצעים משימות בעולם האמיתי. כך למשל העלה צוות הפיתוח את האפשרות שבמקרה של הצפות ישמשו רובוטים לבניית סכר משקי חול באופן מהיר וזול מזה המתאפשר באמצעות בני אדם. אם נרצה לבנות מבנים על הירח, על מאדים או בעומק הים – מקומות שלא יאפשרו בהכרח שליטה ישירה ומהירה על כל רובוט – שימוש ברובוטים אוטונומיים פשוטים וקלים לייצור דוגמתTERMES  הוא כנראה הפתרון האידיאלי.