חיי השיתוף של חרקים רובוטיים

הרובוטים הקטנים האלו אינם המילה האחרונה בבינה מלאכותית - למעשה אין להם בינה כלל. אלו הם רובוטי צעצוע מסחריים זעירים באורך של סנטימטרים בודדים, הנעים על גבי משטח באמצעות מנוע רוטט ואינם מתקשרים זה עם זה. כל חרק נע באופן עצמאי, פחות או יותר בקו ישר, אך בגלל אופי התנועה הכיוון משתנה בקלות, ומתאים את תנועתם לתנאי השטח.

למרות חוסר התקשורת ביניהם, במאמר שהתפרסם לאחרונה  בכתב העת Physical Reviews Letters דיווחו חוקרים מאוניברסיטת בורדו בצרפת על התנהגות קבוצתית של אותם "חרקים רובוטיים".

החוקרים הניחו את ה"חרקים" בתוך מסגרת טבעתית סגורה, כך שאלו יכלו לנוע בחופשיות בעיגול שהיא יצרה. כל עוד היו בתוך המסגרת רק חרקים מעטים הם נעו בצורה אקראית בדומה לתנועה של חלקיקי גז; אך כשהוסיפו עוד חרקים לשטח הסגור נוצרו שתי קבוצות מובחנות – שוליים שבהם החרקים היו מסודרים בצפיפות, ותנועה דמויית גז במרכז. מה שקבע את המעבר בין "מצבי הצבירה" היה היחס בין מספר החרקים לבין שטח התנועה.

כשהוסיפו עוד חרקים נוצרו שתי קבוצות מובחנות, בשוליים ובמרכז. מתוך המאמר A. Deblais et al., Phys. Rev. Lett. 2018

לפתור בעיות, ללא תקשורת

בהמשך החליפו החוקרים את המסגרת הקשיחה במסגרת טבעתית גמישה וניידת, שיכולה לשנות את צורתה בהתאם לתנועה של כלל החרקים הסגורים בתוכה ולהתקדם איתם לאורך המשטח. החרקים הכלואים בטבעת הגמישה הועמדו לפני מכשול בעל פתח קטן מהיקף הטבעת, כך שכדי לעבור דרכו הם היו צריכים להתקדם בצורה שתשנה את צורתה של המסגרת. בסופו של דבר הם הצליחו לעשות זאת: גם למצוא את הפתח וגם לעבור דרכו יחד עם  הטבעת, וכאמור בלי שום בינה מלאכותית.

הרובוטים הצליחו למצוא את הפתח ולעבור דרכו, ללא בינה. מתוך המאמר A. Deblais et al., Phys. Rev. Lett. 2018

בניסוי נוסף העמידו את החרקים שבמסגרת הגמישה בפני מכשול עגול. החרקים הקיפו את המכשול יחד עם הטבעת, כשהם גורמים לה להיצמד למכשול, ובתוך כך שמרו על המבנה הדחוס יחסית של ההתארגנות הפנימית. ההתנהגות הזו, המסודרת לכאורה, נבעה אך ורק מהחוקים הפועלים על כל רובוט בנפרד.

התנהגות מסודרת לכאורה, ללא תקשורת. החרקים עוברים את המכשול.  מתוך המאמר A. Deblais et al., Phys. Rev. Lett. 2018

זוהי דוגמה אחת למחקר העוסק בתחום של "חומר פעיל" (Active matter), כלומר אוסף גדול של חלקיקים שתנועתם נובעת ממקור אנרגיה פנימי, ולא מתוך אינטראקציות הדדיות. המחקרים האלה משמשים לחקר תכונות של חיידקים, בעלי חיים חברתיים, ואפילו התנהגות של בני אדם ומכוניות על הכביש. הדגש הוא על היווצרותה של התנהגות קבוצתית מתוך פעילות של שחקנים בודדים שאינם מתקשרים בהכרח זה עם זה, מתכננים כיצד להתנהג או אפילו יודעים כיצד מתנהלת הקבוצה. לניסוי הזה יש קשר הדוק גם להתקהלות של בעלי חיים (Swarming) שמאפיינת בעלי חיים חברתיים כמו נמלים, דבורים וכן להקות ציפורים ודגים.

מעניין להשוות את תוצאות המחקר למחקר דומה שנערך לאחרונה במכון ויצמן למדע ועסק בתנועה קבוצתית של נמלים הנושאות משא עגול. החוקרים ראו שנמלים מקיפות את המשא מרוב צדדיו, בדומה לחרקים המרוכזים בשולי הטבעת, אך נמלים רבות נעות בחופשיות ומצטרפות ועוזבות לסירוגין, בדומה לקבוצת החרקים במרכז הטבעת. אצל חיות חברתיות ההנחה היא שהן מתקשרות זו עם זו כדי לבצע משימה קבוצתית כגון נשיאת משא כבד או תנועה מתוזמנת, אך המחקר הנוכחי על חרקים רובוטיים מראה שהתנהגות דומה יכולה להיווצר "יש מאין" בהינתן תנאים מסויימים, גם בלי צורך בתקשורת בין הפרטים.

שלם הגדול מסך חלקיו

למחקר על חרקים רובוטיים עשויים להיות גם שימושים מעשיים רבים, שכן נעשים ניסיונות להשתמש ברובוטים דומים לאיתור נעדרים באזורי אסון, לכריית מחצבים במכרות ואפילו להגנה על גבולות ימיים. אחד היתרונות של מערכות כאלה הוא העובדה שאפשר להגדיל אותן בקלות בהתאם לצרכים - פשוט מוסיפים עוד יחידות. יתרון אפשרי נוסף הוא הקלות היחסית של הייצור ההמוני של רכיבים בודדים זהים.

הרעיון שהתנהגות קבוצתית יכולה להיווצר באופן טבעי ולא מתוכנן הוא מסקרן מאוד גם מהבחינה הפילוסופית, בבחינת "שלם הגדול מסך חלקיו". תופעות פיזיקליות כאלה, שבהן המערכת מפגינה תכונות שאין לפרטים המרכיבים אותה, עשויות להיות קשורות אפילו לשאלות כמו היווצרות החיים מאוסף מקרי של חלבונים, או הופעת התודעה מתוך פעילות משותפת של תאי עצב רבים. ככל שנדע יותר על החרקים הרובוטים ודרך פעולתם, אולי נוכל להבין קצת יותר גם את התופעות המסתוריות האלו.