מדי כמה גיליונות אנחנו חוזרים לטכנולוגיות חדשות המחקות את הטבע. הפעם נסקור שלושה מחקרים שכל אחד מהם מתחקה אחרי יכולת אחרת של בעלי חיים: יכולת ההיצמדות של זרועות התמנון, בינה טבעית של פרפרים לצורך פיתוח אלגוריתמים מתקדמים ופיתוח רובוטים על בסיס ביו מוטוריקה של חרקים.
חגב המים הסיני
חוקרים בגרמניה, חברו לצוות מחקר סיני בכדי להתחקות אחרי התנועות של חגב מים סיני ייחודי בשם “חגב האורז” – או בשמו המדעי Oxya chinensis. לחגב הזה יש יכולת שחיה מהירה וניתור ייחודי מתוך המים, שמשכו את תשומת הלב של החוקרים. ראש צוות המחקר, פרופסור סטניסלב גורב, מדען חומרים ומומחה לביוניקה, מהמחלקה לזואולוגיה באוניברסיטת קיל בגרמניה, החליט לחקור את התכונות הייחודיות הללו כדי לבנות רובוט דומה. פרופסור גורב נחשב למומחה עולמי בתחום הביו מוטוריקה, אחרי שצוות בראשותו פיתח רובוט דו זרועי שנבנה על סמך מחקר שהתמקד באיברים דביקים של חרקים, עכבישים ושממיות.
במחקר הנוכחי של חרק האורז הסיני, שתוצאותיו פורסמו במגזין Proceedings of the National Academy of Sciences, הכניסו החוקרים 15 חרקים למיכל שקוף וצילמו במשך זמן רב את התנועות שלהם במצלמות מהירות. הצילומים הועברו לעיבוד ממוחשב כדי לנתח את המוטוריקה של כל שלבי התנועה: במהלך השהייה במים, בשלב הניתור והיציאה מהם ובזמן המעוף עד לנחיתה במשטח יבש. בסך הכל נותחו 48 ניסיונות קפיצה ו 54 מהלכי שחיה. בעזרת הצילומים שעברו ניתוח ביו דינמי, בנו החוקרים את המודל המתמטי של התנועה. המיקוד היה ביכולת לנתח את המנגנונים שיצרו את התנועה במים, כולל ניתוח הידרו דינמי של תנועת הרגלים. “עד היום היכולות האלה לא נחקרו”, אומר פרופסור גרוב, ” המחקר שלנו חשף את היכולות המשולבות של החרק, שמאפשרות תנועה אופטימלית במים ובאוויר, שתי סביבות מחייה שונות ועל ידי כך התאפשר לנו להעתיק את היכולות הללו לרובוטים בעלי יכולת תנועה במשטחים מגוונים”. במהלך המחקר נבדק משקל הגוף של החרקים ביחס לתנועה במים ולכוח הנדרש מהם בכדי לנתר מסביבה נוזלית ולא קשיחה. החידוש במחקר הזה היה הגילוי כי לצורך הניתור, משקל הגוף של החרק יוצר לחץ הידרוסטטי בתוך המים, מעין מקפצה שמותאמת לגוף החגב, ומאפשרת לו את הניתור העוצמתי, בבת אחת לאוויר. כלומר, כל חגב, למרות גודלו השונה הצליח לייצר במים את האנרגיה המספיקה לנתר. מסקנה נוספת הייתה כי תנועות הגפיים של החגב בתוך המים תוך כדי הסנכרון ביניהן, מאפשרות לו תנועה מהירה שבהמשך מתורגמת לאנרגיה ולקפיצה. הרובוט שנבנה בעקבות המחקר היה בן שש רגליים, והוא חיקה את התנועה במים המאפשרת את יצירת “המקפצה” ההידרוסטטית. נדגיש רק כי הטכנולוגיה החדשה הזו עדיין לא יושמה באפליקציות אזרחיות או צבאיות.
בינה טבעית של פרפרים
חוקרים באוניברסיטת פנסילבניה ניסו לחקות את פעולת המוח של פרפר מסוג הליקוניוס שבמהלך עונת ההזדווגות, מזהה את הנקבה על פי שני פרמטרים, ריח ומראה. מתברר שלמרות המוח הקטן של הזכר, הוא מצליח לעשות את הפעולה הזו במהירות רבה, תוך יכולת חישובית מתקדמת. בכדי ללמוד על מודל החישוביות של הפרפר שצורך מעט מאד אנרגיה משאבית, בנו החוקרים פלטפורמה שאמורה לחקות את שני המרכיבים, זיהוי ועיבוד. “הפלטפורמה מבוססת על שני חומרים דו -ממדיים שעוביים אטומים בודדים: גראפן ומוליבדניום סולפיד (2MoS). לחלק של המוליבדניום סולפיד יש יכולת חישת אור וכך הוא מחקה את יכולת הראייה של הפרפר , כלומר כזיכרון וכמעבד מידע גם יחד. החלק של הגראפן הוא chemitransistor, שיכול לגלות מולקולות כימיות ולחקות את חישת הפרומונים של מוח הפרפר. השילוב הזה מהווה פלטפורמה עבור AI וחישוב נוירומורפי. בניסויים התברר שאכן ההתקן מבצע פעולות בדומה לפרפר, ובצריכת אנרגיה נמוכה”. (התרגום המדעי מתוך סקירת מו”ם בטחוני של משרד הבטחון, יוני 2024). הגילוי הזה אמור לטענת החוקרים להאיץ משמעותית את יכולת החישוביות של הבינה המלאכותית. כיום היא מתקשה לעבד במהירות מידע המגיע משני חיישנים שונים, ולצורך כך היא צורכת כמות משאבים גדולה מדי המגבילה אותה ביכולת לחקות החלטה אנושית.
תמונה: הרובוט בן 6 הרגליים שמחקה את חרק האורז הסיני
צילום מתוך סרטון המחקר – University K
השראת זרועות התמנון
חוקרים באוניברסיטת בריסטול בדקו את היכולת הטבעית של תמנון להיצמד בחוזקה למשטחים שונים תוך שילוב של עבודה שרירית וריר. השאיבה וההידבקות הן היכולות המאפשרות ליצורים בעלי רקמות רכות את היכולת הזו. לעומת זאת, פתרונות הצמדה מלאכותיים מתקשים מאד כאשר זה מגיע למשטחים מחוספסים ולא ישרים ועוד כאלה בסביבה רטובה. החוקרים גורסים כי היכולת הטבעית נובעת בעיקר מהצמיגות הגבוהה של הריר המופרש, שמשמש מעין דבק מקשר בין הטבעת השרירית למשטח. החוקרים בנו רכיב המורכב ממספר שכבות חומר רכות שבקצה שלהן שולב חומר צמיגי המחקה את הריר המופרש על ידי התמנון. תחילה הוא נצמד למשטח המבנה עצמו על ידי מגע. אחר כך המים שנמצאים על המשטח הכלוא נדחפים החוצה בבועה שנוצרת בין המשטח לשפתי הרכיב, ואז הם מוחלפים בנוזל הצמיגי המלאכותי. “החידוש שלנו הוא בזה שהצלחנו ליצור מנגנון המחקה את הטבעת השרירית של התמנון בשילוב הריר, וזה מאפשר לנו את יכולת ההידבקות למשטחים שונים ומורכבים, תוך כדי עבודה בסביבה רטובה” סיפר טיאנקי יו, אחד החוקרים הראשיים. “כיום פתרונות ההיצמדות משולבים תמיד עם משאבה, זה צורך אנרגיה וגם גורם מרעיש”. על פי הפרסום של אוניברסיטת בריסטול השימוש לפיתוח הזה הוא בעיקר לרובוטים המיועדים לגרור עצמים הבנויים מחומרים שונים. בהמשך המחקר מתכוונים החוקרים לשלב בתוך הרכיב הנדבק גם חיישנים שיווסתו את עבודת השאיבה והפרשת הריר המלאכותי בהתאם לעוצמת הגרירה הנדרשת.
תמונה: פיית ההיצמדות של התמנון
צילום: Bristol of University ,Yue Tianqi
תמונה: פיית ההיצמדות המלאכותית
צילום: Bristol of University ,Yue Tianq
תמונת שער: חרק האורז הסיני בקפיצה
מהמים
צילום: University Kiel ,Gorb Stanislav
