מדענים משתמשים ב-VR על דגי זברה כדי ללמד רובוטים כיצד להתקבץ
דגים הם אמני התנועה המתואמת. בלהקותיהם אין מנהיג, ובכל זאת כל פרט מצליח לשמור על תבנית אחידה, להימנע מתנגשויות ולהגיב בגמישות נוזלית לשינויים בסביבה. שיבוט השילוב הייחודי בין חסינות לגמישות זה אתגר ארוך ימים למערכות מהונדסות כמו רובוטים. עכשיו, באמצעות סביבה במציאות מדומה המאפשרת לדגי זברה לשחות בחופשיות לצד “הולוגרמות” וירטואליות של בני מינם, צוות מחקר מקונסטנץ עשה צעד משמעותי לקראת פתרון.
“העבודה שלנו ממחישה שלפתרונות שהתפתחו בטבע במשך אלפי שנים יש פוטנציאל להנחות חוקי בקרה חסונים ויעילים במערכות מהונדסות,” אמר לי יי לי מהאוניברסיטה של קונסטנץ, המחבר הראשון של המחקר. חברו למאמר, מאטה נגי מאוניברסיטת אוטווש, מוסיף: “התגלית פותחת אפשרויות מרגשות ליישומים עתידיים ברובוטיקה ובעיצוב כלי רכב אוטונומיים.”
פענוח האלגוריתם הסמוי של הטבע
במערכת VR תלת־ממדית המדמה שחייה קבוצתית טבעית, הוכנסו דגי זברה צעירים לזירות מקושרות שבהן כל דג יכול לאינטראקציה חופשית עם “הולוגרמות” של דגים וירטואלים. כל דג וירטואלי הוקרן מזירת דג אמיתי בזירה אחרת, כך שתמהיל השחייה נראה כאילו כל הדגים חולקים את אותו עולם. הסביבה המלאה אפשרה שליטה מדויקת בגירויים חזותיים והרשמת תגובות הדגים.
רמת השליטה הגבוהה אפשרה לחוקרים לבודד בדיוק אילו רמזים ויזואליים הדגים משתמשים בהם כדי לכוון את התנהגותם בתוך הלהקה. התגלית הייתה חוק בקרה פשוט וחסון המתבסס אך ורק על העמדה הנתפסת של השכנים — לא על מהירותם — כדי לווסת את התנועה ההיקפית.
“הופתענו ממיעוט המידע שהדגים זקוקים לו כדי לתאם תנועות בלהקה,” אומר איאן קוזין, מחבר בכיר ומנהל MPI-AB. “הם נוקטים בחוקים מקומיים בעלי דרישות קוגניטיביות מינימליות, אך בעלי תפקודיות מצוינת.”
מבחן טיורינג תת־ימי
כדי לוודא שהחוק אכן משקף את ההתנהגות הטבעית, ערכו החוקרים מבחן “טיורינג” ייחודי: דג אמיתי הונחה לשחות לצד דג וירטואלי שמתחלף בין היותו אמיתי לבין היותו נשלט על־ידי האלגוריתם. הדג האמיתי לא הבחין בין הדג הטבעי לחבר הווירטואלי, ונהג באותה צורה בשני המקרים.
מהדגים למכונות
השלב הבא היה מוטמע החוק בלהקות של רכבים רובוטיים, רחפנים וסירות. תפקידן היה לעקוב אחרי מטרה נעה, באמצעות פרמטרים מהאלגוריתם הביומימטי או באמצעות שיטת MPC (Model Predictive Control) המקובלת כיום ברכבים אוטונומיים. בכל המבחנים, חוק הבקרה של הדגים הניב ביצועים כמעט זהים ל-MPC מבחינת דיוק וצריכת אנרגיה — אך במורכבות חישובית זניחה בהרבה.
“המחקר מדגיש את היחסים ההדדיים בין ביולוגיה לרובוטיקה — שימוש ברובוטים כדי לחקור מנגנונים ביולוגיים, שמצידם מעוררים רעיונות לבקרות רובוטיות חדשות ויעילות,” מסכם פרופ’ אוליבר דויסן, גם הוא מהאוניברסיטה של קונסטנץ.
עוד בנושא באתר הידען
