גשש חיוור

מה לומדות החולדות באמצעות תנועות זיפי השפם? ומה אנחנו יכולים לללמוד מהן?

 

ארץ קטנה עם שפם

חצי סיכה בין סעודיה לים

קליפת בננה על מפת העולם

 

מילים: מאיר גולדברג

לחן וביצוע: קורין אלאל

 

רובוט שיכול לגשש את דרכו בחושך מוחלט, בתוך ענן אבק סמיך או במעמקי הים. זה נשמע כמו סרט עתידני. הוא לא יוכל לראות, ולכן יצטרך למצוא את דרכו באמצעות חוש המישוש. איברי חישה מתוחכמים ומדויקים יאפשרו לו ללמוד על סביבתו, להכיר את העצמים הניצבים לפניו, לנווט סביבם, להימנע ממכשולים, לאתר חפצים שונים ולזהות מטרות שונות. מכונות חכמות כאלה - שיוכלו לשמש לחילוץ ולהצלה באיזור שנפגע מרעידת אדמה, או למחקר תת-ימי, ואפילו על אדמתם של ירחים וכוכבי-לכת שונים, הן עדיין בגדר "מדע בדיוני" או חזון לעתיד לבוא בשביל מהנדסים ומדענים. אבל הטבע, כמו במקרים רבים, מקדים בהרבה את הטכנולוגיה מעשה-ידי-אדם. זיפי השפם של מכרסמים הם איבר חישה ומישוש מתוחכם ומדויק, המאפשר לבעלי-חיים אלה לגלות עצמים שונים. חולדות, למשל, מזהות עצמים ולומדות את מיקומם גם בחושך מוחלט, כשהן מניעות את זיפי שפמן במהירות, ומנתחות את המידע החוזר אל מוחן, כשהזיפים נוגעים בעצמים השונים.

 

יוזמה חדשה, המאגדת תשע קבוצות מחקר, ובהן אנשי רובוטיקה וחוקרי מוח מאירופה, ארה"ב וישראל, נוסדה באחרונה במטרה לחקות את הטבע. הקבוצה הרב-לאומית פועלת ליצירת טכנולוגיות מגע ומישוש מתקדמות - כמו מערך חישה שיתבסס על שערות מלאכותיות, ויהווה, למעשה, מעין חיקוי של חולדה, או, אם רוצים, רובוט-חולדה. הרובוט המשופם יוכל לאתר, לזהות ולתפוס עצמים הנעים במהירות. "חוש המישוש הוזנח עד כה בכל הנוגע לפיתוח תבונה מלאכותית", אומר פרופ' אהוד אחישר מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, שקבוצתו משתתפת במחקר הרב-לאומי. "בעלי-חיים ליליים, או אלה הפועלים באזורים מוארים למחצה, משתמשים בחוש זה, ולא בראייה, כאמצעי העיקרי כדי ללמוד ולקבל מידע על סביבתם". פרופ' אחישר חוקר את הדרך שבה חולדות משתמשות בזיפי שפמן לצורך גיבוש תפיסת המרחב שלהן, ואת תהליכי העיבוד של המידע המגיע מהזיפים, במוח. "אם נצליח להבין מה עושה את חוש המישוש של בעלי-חיים אלה ליעיל כל כך, נוכל לפתח מכונות שיחקו אותו, וישתמשו בו באופן מיטבי".

 

מהו, אם כן, סוד השפם? מדוע חישה המתבצעת באמצעות זיפי השפם של חולדה יעילה, מהירה ומדויקת פי כמה מחישה באמצעות קצות האצבעות של אדם ממוצע? מחקרים של פרופ' אחישר וחברי קבוצתו מספקים רמזים ותשובות ראשוניות לשאלות מפתח אלה. הסבר אחד נובע מהאופי הפעיל של מערכת המישוש: זיפי השפם רוטטים ללא הרף ואוספים מידע על הסביבה הקרובה. יותר מכך, ניסויים מראים כי התבנית בה מניעה החולדה את השפם תלויה במשימות הניווט והזיהוי אותן היא צריכה לפתור. כדי למקם עצמים, למשל, מפעיל מוח החולדה תוכנית קידוד משולשת, המצפינה את קואורדינטות המיקום בכל אחד משלושת הממדים - בדפוס פעולה ייחודי. כך, למשל, המימד האופקי מקודד על-ידי התזמון של פעילות תאי העצב; המימד האנכי, כלומר גובה העצם, מוצפן על-ידי המבנה המרחבי של תאי העצב הפעילים; המימד השלישי, המרחק של העצם מבסיס השערה, מוצפן באמצעות עוצמת התגובה - ככל שהעצם קרוב יותר, תאי העצב משגרים אותות רבים יותר.

 

בנוסף, הצליחו חברי קבוצת המחקר של פרופ' אחישר לזהות את המסלולים העיקריים המובילים את המידע מזיפי השפם אל המוח: האותות העצביים נעים בשלושה מסלולים נפרדים ומקבילים אל התלמוס - "שער הכניסה אל קליפת המוח". מסלול אחד מעביר אותות הקשורים לתנועת זיפי השפם עצמם; מסלול שני מעביר מידע על זמני יצירת המגע עם עצמים; ומסלול שלישי מעביר מידע מורכב על יחסי הגומלין בין תנועת השפם למגע עם העצם. שלושת המסלולים האלה מהווים חלק ממעגלי משוב היוצרים לולאות בקרה סגורות - לאחר שניתנת פקודה להנעת זיפי השפם, מעובד מידע תחושתי על תנועתם ועל המפגש שלהם עם עצמים חיצוניים, ומחושבת פקודת תנועה חדשה בהתאם. הימצאותן של לולאות סגורות רבות, המקושרות בינן לבין עצמן בקשרי גומלין מורכבים, היא שמאפשרת בקרת תנועה עשירה ומדויקת, ושימוש מיטבי באיברי החישה - אך היא גם זו שמציבה את האתגר הגדול לפני מהנדסים, שעדיין אינם יודעים כיצד לבנות מערכת מלאכותית המחקה לולאות משוב רבות ומשולבות.

 

פרופ' אחישר: "המחקר עשוי לקדם הבנה טובה יותר של המוח מצד אחד, ויישומים טכנולוגיים, מצד שני. אשר ליישומים: אנו משערים כי ריבוי לולאות המשוב הסגורות הוא המפתח ליתרון של המערכות הביולוגיות על המערכות הרובוטיות הקיימות כיום. מימוש של הידע הביולוגי יסייע לבנות מכונות יעילות לחילוץ, להצלה ולגישוש בתנאי ראות קשים. אשר למאמצינו להבנת דרכי הפעולה של המוח: הרובוטיקה מאפשרת לנו לבנות, צעד צעד, מערכת דמויית-מוח, ולהבין את התפקיד של כל רכיב בתוכה. במובן זה, הרובוט ישמש מעין 'מעבדה' שתאפשר לנו להבין טוב יותר את המוח החי". בדרך זו, מחקר בסיסי בבעלי-חיים עשוי לתרום לרווחת האדם, מחוץ לתחום הרפואה.

 

 

הרובוט הראשון פרץ אל התודעה  האנושית בשנת 1922, בעת שקארל צ'אפק, פילוסוף ומחזאי צ'כי, הציג את מחזהו "ר.ו.ר" (ראשי תיבות של "רובוטים כלליים של רוסום"). המחזה מספר על רוסום הזקן ובנו, שהצליחו לפתח חומר מלאכותי המחקה את תכונות הפרוטו-פלאסמה. הם יצרו מהחומר הזה בובה דמויית אדם, וציפו לקבל ממנה, בתמורה, יחס אנושי. רוסום: "מדוע לבלות עשרים שנה ביצירתו וחינוכו של אדם מבוגר? אם לא נמצא דרך לעשות זאת מהר יותר מהטבע, ניאלץ לסגור את החנות". אבל, מלאכת היצירה לא הייתה פשוטה, והמהנדס רוסום ובנו נאלצו להתפשר פה ושם. למשל, על הרגש, או, כפי שרוסום אומר זאת, על ה"נשמה". סופו של הרובוט של רוסום מזכיר את סופם של בני דמותו הקדומים יותר, הגולם מפראג ופרנקנשטיין של מרי שלי. אבל בשביל המלה "רובוט" (שפירושה "עובד"), הייתה זו התחלתה  של קריירה עשירה המשתרעת עד היום על פני עשרות לשונות.

 

יש משהו מפחיד במכונה שמחקה יצור חי. כדי להתגבר על הרתיעה הזאת פיתח אייזיק אסימוב שלושה חוקים בסיסיים.החוק הראשון: רובוט לעולם לא יפגע באדם, ולא יניח שייגרם נזק או סבל לאדם. החוק השני: רובוט יבצע כל פקודה שניתנת לו על-ידי אדם (למעט פקודות בלתי חוקיות בעליל, שביצוען יגרום לעבירה על החוק הראשון). החוק השלישי: רובוט ישמור על קיומו שלו, כל עוד אין פעולה זו גורמת לעבירה על החוק הראשון והחוק השני. כל סיפורי הרובוטים הקלאסיים של אסימוב, כמה מאות מספרם, מתארים, למעשה, את ניסיונותיו לשבור את מערכת החוקים הזאת - והדבר לא עלה בידו אפילו פעם אחת. כך סללו הרובוטים הפוזיטרוניים של אסימוב דרך ללבם של בני-האדם. הם השכיחו את אימתם של הגולם ושל פרנקנשטיין, והפכו לידידינו הטובים ביותר.