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 חולדה רובוטית.
הרובוט המשופם יוכל לאתר, לזהות ולתפוס עצמים הנעים במהירות. "חוש המישוש הוזנח עד כה בכל הנוגע לפיתוח תבונה מלאכותית", הסביר פרופ' אהוד אחישר מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון ויצמן למדע, שקבוצתו משתתפת במחקר הרב-לאומי. "בעלי-חיים ליליים, או אלה הפועלים באזורים שבהם הראות מוגבלת, משתמשים בחוש זה, ולא בראייה, כאמצעי העיקרי כדי ללמוד ולקבל מידע פיסי על סביבתם". פרופ' אחישר חוקר את הדרך שבה חולדות משתמשות בזיפי שפמן לצורך גיבוש תפיסת המרחב שלהן, ואת תהליכי עיבוד 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 יעיל".
מהו, אם כן, סוד השפם? מדוע חישה המתבצעת באמצעות זיפי השפם של חולדה יעילה ומהירה 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, הממד האופקי מקודד על-ידי התזמון של פעילות תאי העצב; הממד האנכי, כלומר גובה העצם, מוצפן על-ידי המבנה המרחבי של תאי העצב הפעילים; הממד 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 לזהות את המסלולים העיקריים המובילים את המידע משערות 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: תנועת איבר החוש משפיעה על המידע התחושתי במוח, וזה, בתורו, משפיע בהתאם על תנועת איבר החוש. 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.
כדי לחקור את השפעת הלולאות על יכולת החישה של זיפי השפם, הצטרף ליוזמת המחקר פרופ' דוד גולומב מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב. פרופ' גולומב מיישם שיטות תיאורטיות וחישוביות הנלקחות מפיסיקה תיאורטית וממתימטיקה שימושית, כדי לפתח ולחקור מודלים המתארים את המערכות העצביות והמכניות המעורבות בתהליכי החישה. המודלים מבוססים על התצפיות הניסיוניות של פרופ' אחישר ומדענים נוספים, ותחזיות המתקבלות מהמודלים יבדקו במעבדות המדענים המשתתפים בפרויקט.
"המחקר עשוי לקדם הבנה טובה יותר של המוח מצד אחד, ויישומים טכנולוגיים, מצד שני", אמר אחישר. "אשר ליישומים: אנו משערים כי ריבוי לולאות המשוב הסגורות הן 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 דמוית-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.
בפרויקט, הממומן ברובו על-ידי האיחוד האירופי, משתתפים גם מדענים מאוניברסיטות, ממכוני מחקר ומחברות טכנולוגיה עילית בבריטניה, בשווייץ, באיטליה, בצרפת, בגרמניה ובארה"ב.
