רכיכה במשימת חילוץ והצלה
מהלך תנועת הבאת המזון לפה בתמנון (הזמן, בשניות, מצוין על גבי התמונות). התמנון נמצא בתוך "בית" ורק זרועותיו מושטות החוצה. בתמונה 5: החץ הצהוב מסמן את מיקום המזון; החץ האדום – מפרק בסיס הזרוע (מקביל לכתף); החץ השחור – מפרק מרכזי (מקביל למרפק); החץ התכלת – מפרק מרוחק (מקביל לשורש כף היד)
תעשיית הרובוטיקה שואבת במקרים רבים רעיונות מן הטבע, ולא בכדי. מיליוני שנות אבולוציה הובילו למציאת הפתרונות היעילים ביותר לבעיות מורכבות.
התמנון הוא אחת הדוגמאות הבולטות לכך. זרועותיו הגמישות חסרות השלד מנחות זה כבר כמה קבוצות מחקר ברחבי העולם לכיוון פיתוח רובוטים רכים וגמישים, שיתאימו לפעולה באזורים בהם חסר מידע על תנאי השטח, כמו למשל באזורי אסון. זרועותיהם יתפתלו ויעקפו פינות או יחדרו לחורים שאף אמצעי טכנולוגי אחר אינו מסוגל לחדור. רובוטים כאלה יכולים להשתתף במשימות חילוץ והצלה, הם יוכלו להישלח למשימות צבאיות תת-מימיות, לנטרל מוקשים או לתקן אוניות. ברפואה אפשר יהיה להשתמש בהם כדי לחדור לחללים מפותלים, כמו למשל לחלל המעי או לנבכי המוח, להשתמש בהם לצורכי ניתוח במקומות רגישים ועוד.
הד"ר בני הוכנר מהמחלקה לנוירוביולוגיה והמרכז לחישוביות עצבית באוניברסיטה העברית והפרופ' תמר פלש מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית במכון ויצמן, חוקרים כבר 11 שנים את השאלה איך מסוגל מוחו של התמנון לפקח על תנועה של שמונה זרועות גמישות בעלות יכולת תנועה בלתי מוגבלת.
קבוצת המחקר שלהם היא אחת משש קבוצות באוניברסיטאות בעולם העוסקות בפיענוח ויישום עקרונות התנועה של התמנון לצורך פיתוח רובוטים. המחקרים נעשים במימון משרד ההגנה האמריקאי.
יצירת תנועה בבני אדם היא משימה מורכבת הנשלטת על ידי המוח. כשנשלחת זרוע אל מטרה מופעלת במוח סדרת תבניות של פקודות; כל תבנית אחראית על צורת פעולה מסוימת. סדרת הפקודות משודרת דרך מערכת העצבים לשרירים, והתנועה יוצאת אל הפועל. כשמתבוננים בצורות התנועה בעולם החי רואים כי אצל בעלי חוליות וחסרי חוליות בעלי שלד חיצוני, השרירים המחוברים לשלד מספקים את הכוח, והתנועה מתאפשרת באמצעות המפרקים והפרקים. מצד שני, השלד והמפרקים מגבילים במידה מסוימת את אפשרויות התנועה בגלל הקשיחות והמבנה הקבוע שלהם. בבעלי חיים חסרי שלד, כמו רכיכות, אפשרויות התנועה הרבה יותר מגוונות.
אצל התמנון הדברים מסובכים הרבה יותר. בעוד שבזרוע אנושית יש מספר קטן של מפרקים הקובעים מספר לא גדול יחסית של דרגות חופש שיש לשלוט בהן בכדי להשיג תנועה רצויה, התמנון יכול לכופף את זרועו לכל כיוון ובכל מקום לאורך הזרוע. הזרוע יכולה גם להתקצר ולהתארך, מה שמסבך את העניין עוד יותר.
בתנועת התמנון מעורבות, איפוא, אין-סוף דרגות חופש ומערכת העצבים שלו צריכה להתגבר על בעיות חישוביות מסובכות שיאפשרו להוציא לפועל את התנועה במרחב. מעבר לכך, מכיוון שהתמנון חסר שלד, שרירי הזרוע הגמישה שלו צריכים לספק בה בעת גם את הכוח וגם את התמיכה הדרושים ליצירת התנועה.
החוקרים גילו שהתמנון מצליח להתגבר על מורכבות התנועה על ידי כך שאימץ לעצמו רפרטואר מצומצם של דפוסי תנועה בסיסיים. על ידי שילוב שלהם בצורה שונה בזמן ובמרחב, התמנון יוצר את כל מגוון התנועות שהוא נזקק להן: הוא מושיט את זרועותיו אל המטרה על ידי כיפוף שהוא יוצר בזרוע, שמתקדם במהירות לעבר קצה הזרוע, וכך הוא יוצר תנועה המבוססת על שלוש דרגות חופש בלבד.
לפני כארבע שנים, במחקר שהתפרסם בכתב העת "Science", הראו הוכנר וצוות החוקרים שזה אינו הפתרון היחיד. התמנון מצא פתרון נוסף – העברת הפיקוח על תפקוד הזרועות לזרועות עצמן. כל זרוע מצוידת ב"מוח" משלה, המוציא לפועל את התנועה בזרוע.
בימים אלה התגלה ממצא מעניין נוסף. בעקבות עבודת מחקר של הד"ר גרמן סומברה מהמעבדה של הוכנר: "שמנו לב", אומר הוכנר, "שכאשר התמנון תופס אוכל הוא לא מכופף את הזרוע בכל פעם בדרך אחרת כדי להעביר את האוכל לפה, אלא משתמש בתנועה קבועה שחוזרת על עצמה. להפתעתנו מצאנו שלתנועה הזאת מאפיינים דומים בצורה מדהימה לתנועה בזרוע האנושית". החוקרים צילמו את התמנון מבצע את תנועת ההגשה הזאת בשתי מצלמות שהציבו בזוויות שונות, וניתחו את התמונות באמצעות תוכנת מחשב.
"מתוך כך נוכחנו שלאחר תפיסת האוכל התמנון מחלק את הזרוע לשלושה חלקים קשיחים, בדומה למפרקים בזרוע האנושית, שנעים סביב שלושה כיפופים – ה'פרקים'. החלק הראשון הוא החלק שתופס את המזון, ואפשר להשוות אותו לכף היד שלנו, ועוד שני חלקים שווים שמקבילים לאמה ולזרוע. שני החלקים האלה תמיד שווים באורכם. גם אם אינו המזון אינו נתפס בדיוק בקצה הזרוע, הוא תמיד מחלק את הקטע שבין בסיס הזרוע ומיקום המזון באותו יחס, כך ש'האמה' וה'זרוע' שווים באורכם בכל תנועה של הבאת המזון לפה", אומר הוכנר.
"לתמנון יש תוכנית ייחודית לחישוב הנקודה המרכזית בזרוע, שמחלקת את אורך הזרוע לשניים", אומרת פלש. "החישוב נעשה בזרוע עצמה ולא במוח של התמנון. המוח משמש לסינכרון תנועת פרקי ה'אמה' וה'זרוע'. בנוסף, הפקודות לשרירים צריכות לדאוג להשיג התקשחות מספקת של הפרקים כדי לייצב את מבנה הזרוע שנוצר כנגד כוחות התנגדות חיצוניים, כולל הכוחות המופעלים על ידי המים".
"היופי בממצאים הוא הדמיון הרב בין אופן התנועה בזרועות התמנון ואופן תנועת הזרועות שלנו", אומרים שני החוקרים. "מתברר שהאבולוציה הגיעה לאותו פתרון בבני האדם ובתמנון. אצלנו הפתרון טבוע במבנה השלד, ובתמנון תוכנית מוטורית מייצרת את המבנה הקשיח והדינמי". המחקר התפרסם ב-10 בפברואר בכתב העת "Nature".
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~100152977~~~65&SiteName=hayadan
