יתרונות של מטבוליזם מכני

במשך עשרות שנים ניסינו להפוך את הרובוטים לחכמים ולמתקדמים יותר מבחינה פיזית על ידי חיקוי של אינטליגנציה ביולוגית ותנועה טבעית. "אבל כשעשינו את זה, שיחזרנו רק את התוצאות של האבולוציה הביולוגית. אני אומר שצריך לשחזר את השיטות שלה", טוען פיליפ ווידר, חוקר רובוטיקה התפתחותית מאוניברסיטת קולומביה. ווידר הוביל צוות שהדגים מכונה בעלת גרסה ראשונית של מה שהם מכנים 'מטבוליזם'. הוא ועמיתיו יצרו רובוט שיכול "לצרוך" רובוטים אחרים כדי לגדול פיזית, להתחזק, לשפר את יכולותיו ולהמשיך לפעול.

הרעיון של מטבוליזם רובוטי משלב מושגים מתוך עולמות הבינה המלאכותית והרובוטיקה. הראשון שבהם הוא רעיון "החיים המלאכותיים" - תחום שלדברי ווידר "עוסק בחקר האבולוציה של אורגניזמים באמצעות סימולציות מחשב."

לאחר מכן מגיע רעיון הרובוטים המודולריים - מכונות שניתנות לשינוי מבני באמצעות ארגון מחדש של יחידות בסיסיות. תחום זה הובל בארה"ב בשנות ה־90 על ידי דניאלה רוס ומארק יים מאוניברסיטת קרנגי מלון.

לבסוף, יש את הרעיון שעלינו לעבור מעיצוב מכוון־מטרה (goal-oriented), כפי שנהגנו במכונות עד כה, לעיצוב מכוון־הישרדות (survivability-oriented) - גישה שמנגוס אגרשטדט הציע בספרו Robot Ecology. ווידר וצוותו שילבו את כל הרעיונות האלו ויצרו אבטיפוס של רובוט שיכול "לאכול" רובוטים אחרים. "הגעתי לזה מכל מיני כיוונים", הוא אומר.

רובוט שיכול לגדול

ההשראה המרכזית הייתה האופן שבו הטבע בונה אורגניזמים: קיימות 20 חומצות אמינו סטנדרטיות שהן אבני הבניין של טריליוני חלבונים, שמהם נוצרים החיים. ווידר התחיל בפרויקט שבו עיצב מודול רובוטי בסיסי, שתפקידו מקביל בערך לחומצת אמינו אחת. המודול הזה, שנקרא Truss Link, נראה כמו מוט באורך 16 ס"מ המכיל סוללות, בקרים אלקטרוניים וסרבו־מנועים שאפשרו לו להתארך, להתכווץ ולזחול בקו ישר. בקצותיו שובצו מגנטים קבועים כדי לאפשר חיבור עם מוטות אחרים וליצור מבנים קלים.

הרעיון היה להשליך מספר מודולים כאלה לתוך חלל מוגבל ולראות אם יתארגנו בעצמם למבנים מורכבים תוך התנגשות אקראית, בדומה לאופן שבו חומצות אמינו התארגנו לפני כארבעה מיליארד שנה למולקולות אורגניות פשוטות.

השלב הראשון של הניסוי התרחש בחלל בעל תוואי שטח בסיסי - בור, מכשולים ועמוד ניצב. הצוות הפעיל את הרובוטים, והנחה אותם להרכיב כל מיני מבנים. שלושה Truss Links שחוברו בנקודה מרכזית יצרו מבנה דמוי כוכב תלת־קודקודי. מבנים נוספים היו משולש, יהלום עם "זנב" בצורת משולש, טטראהדרון (פירמידה משולשת) ומבנה תלת־ממדי אחר.

במהלך הצמיחה שלהם הרובוטים נעשו גם יותר מיומנים: Truss Link יחיד יכול לנוע רק בקו ישר; משולש יכול לפנות שמאלה וימינה; יהלום עם זנב יכול לעבור מהמורות; טטראהדרון יכול לטפס מעל קירות קטנים; טטראהדרון עם מנגנון נעילה נוסף (ratchet) יכול לעזור לרובוטים אחרים ליצור טטראהדרונים - תהליך קשה ומסוכן שהצריך ניסיונות רבים גם מצד מפעילים אנושיים מנוסים.

אולם כל התהליך הונחה על ידי בני אדם. השאלה הבאה הייתה אם תהליכי ההרכבה העצמית יכולים לקרות גם בלי שליטה אנושית. "רצינו לבדוק אם המודולים יתחברו מעצמם", אומר ווידר. "אם הם מקבילים בדיוק, הם לא יתחברו. אבל זו רק קונפיגורציה אחת, ויש אינספור קונפיגורציות שבהן הם לא מקבילים." לשם כך השתמשו החוקרים בסימולציות מחשב של שישה Truss Links שנעים באקראי בתוך סביבה תחומה.

מתוך 2,000 סימולציות (כל אחת באורך 20 דקות), נרשם: 64% סיכוי להיווצרות שתי צורות של כוכבים תלת־קודקודיים; 8.4% סיכוי לשני משולשים; כ־45% סיכוי למבנה של יהלום עם זנב (חלק מהמבנים היו שלבים בדרך למבנים אחרים, ולכן הסיכומים חורגים מ־100%).

המונח "מטבוליזם" מגיע מהמילה היוונית "metabolē" שפירושה "שינוי". הרובוטים של ווידר אכן מסוגלים להתארגן, לגדול, להשתנות, לבנות את עצמם מחדש ולתחזק את עצמם במידה מסוימת, מה שבהחלט נחשב לשינוי.

עם זאת מטבוליזם, במשמעות המקובלת, כולל צריכה של חומרים, הפקת אנרגיה מהם ושינוי הרכבם הכימי. Truss Links לא מסוגלים "לאכול" פלסטיק או סוללות ליתיום ישנות ולהפוך אותן ליחידות חדשות. האם זה באמת מטבוליזם? תלוי עד כמה מרחיבים את ההגדרה.

ובינתיים, ייתכן שהיכולת להרחיב הגדרות היא השימוש הטוב ביותר שלהם. "אין לי עדיין מקרה שימוש ממשי", מודה ווידר. "ניסינו לגרום לרובוטים לשאת מטען מנקודה לנקודה, אבל אפילו זה לא נכנס למאמר - זאת פלטפורמת מחקר בלבד." מה שחסר, לדבריו, הוא מגוון רחב יותר של מודולים. הם השתמשו רק במודולים אחידים, אך מתכננים להרחיב, בדיוק כמו שהחיים משתמשים ב־20 חומצות אמינו. "אנחנו מנסים לשלב כעת מודולים עם חיישנים שונים", מסביר ווידר.

מה מטרת ה"חיים" של רובוט?

אבל הרובוטים האלו חסרים דבר בסיסי עוד יותר: מטרה. יצורים חיים שואפים לשרוד - בתגובה לטורפים או לתנאים קשים. רוב הזמן, יצור חי מנסה לא למות.

בספרו Robot Ecology, אגרשטדט טוען שצריך לבנות ולתכנת רובוטים באותו אופן, עם מגבלות הישרדותיות בראש. גם ווידר טוען במאמרו שיש לפתח בעתיד "אקולוגיה רובוטית שתחזיק את עצמה". אבל הוא גם מזהיר לא לקחת את הדימוי הביולוגי רחוק מדי. מטרתו אינה ליצור עולם של רובוטים שצדים ואוכלים זה את זה כדי לשפר את עצמם כל הזמן.

"ניתן לרובוטים מטרה. למשל, לבנות מושבה על הירח", הוא אומר. הישרדות צריכה להיות המטרה הראשונה, כי אם הפלטפורמה לא תשרוד על הירח, היא לא תוכל לבנות מושבה. יחידות קטנות יתפזרו קודם לחקור את השטח, ואז יתארגנו למבנה גדול - בניין או מנוף. "והמבנה הגדול הזה יבלע, ימחזר, או 'יאכל', אם תרצה, את הרובוטים הקטנים כדי לשלב אותם לתוך המערכת", אומר ווידר.

פלטפורמה רובוטית כזו, ווידר מאמין, יכולה להסתגל לנסיבות בלתי צפויות טוב יותר מהחיים עצמם. "יכול להיות שזרוע שלישית תציל את חייך, אבל אתה לא יכול לגדל אחת. לרובוט, אם יהיה לו זמן, לא תהיה את הבעיה הזו", הוא מסכם.

לפרטים נוספים