רובוצמח

ד"ר יסמין מרוז מפתחת רובוט מסוג חדש, שיודע לצמוח ולטפס כמו צמח ושיוכל בעתיד למלא מגוון תפקידים בתחום ההצלה, הבנייה וחקר החלל

תחום הרובוטיקה נמצא באבולוציה מתמדת וכיום ניתן למצוא רובוטים בתעשייה, בחקלאות,  בין מדפי הסחורה במחסני ענק, או אפילו אצלנו בבית, כשהם עסוקים בטאטוא ושטיפת הרצפה שלנו. זה נראה כאילו אנו מתקדמים במהירות לעתיד שבו רובוטים המתנהגים, ואף נראים, כמו בני אדם, הם חלק אינטגרלי ובלתי נפרד מהעולם. במקביל לרובוטים שפותחו בצלמו ובדמותו של האדם, יש גם לא מעט רובוטים שפותחו בהשראת עולם החי, כמו הרובוט שמזכיר כלב תקיפה של חברת בוסטון דינמיקס. אך את הפיתוח של רובוט בהשראת עולם הצומח, גם סרטי המדע הבדיוני הנועזים ביותר לא ידעו לחזות.

Growbot הוא פרויקט חדשני במימון האיחוד האירופי, שמטרתו לפתח רובוט צומח, בהשראת צמחים מטפסים. מעבדתה של ד"ר יסמין מרוז מאוניברסיטת תל אביב לוקחת חלק בפרויקט זה יחד עם שמונה מעבדות נוספות מרחבי אירופה. לדברי מרוז, עד היום פיתוח רובוטים  בדרך כלל נעשה בהשראת עולם החי, כאשר השראה זו באה לידי ביטוי בעיקר באופן בו הרובוטים נעים ממקום למקום. "התנועה שלהם מבוססת על הנעה עצמית, כלומר בעזרת רגליים או גלגלים. הבעיה היא שרובוט מבוסס רגליים או גלגלים, הוא מוגבל בתנועה שלו בשטח שאינו מובנה, כמו למשל בשטחי הריסות, שם יש סלעים, בורות, וחריצים קטנים, וקשה לרובוט להסתדר שם", מסבירה מרוז, פיזיקאית בהכשרתה, שלאחר הפוסט דוקטורט שלה התגלגלה לעסוק בחקר התנהגות צמחים. "לכן, אם אנחנו רוצים רובוט שיידע להסתדר בשטח לא מובנה כזה, אולי כדאי לפנות לעולמות אחרים ומהם לקחת השראה. למשל, מעולם הצומח, וספציפית מצמחים מטפסים".

רובוט צומח שכזה יוכל, למשל, לבצע משימות במקומות רבים שלאדם, לכלי רכב, ולרובוטים מסוגים אחרים אין אליהם גישה. הוא יעבור מבעד לסדקים צרים, יטפס על סלעים וקירות, ויגשר על פני חללים. כך, הוא יוכל לחדור להריסות של בניינים או לחקור כוכבי לכת רחוקים, או לשמש כבסיס לטכנולוגיה חדשה של בנייה.

תחרות על האור

צמחים מטפסים התפתחו ביערות ובחורשים מוצלים, שם משאב האור נמצא במחסור, ובין הצמחים מתקיימת תחרות מתמדת על משאב זה. כדי להגיע לאור, החיוני עבור כל הצמחים לקיום תהליך הפוטוסינתזה, הצמחים המטפסים פיתחו לעצמם אסטרטגיות של צמיחה מהירה לגובה. אסטרטגיה אחת היא שמירה על מבנה הגבעולים דקים וארוכים, זאת בניגוד לעץ שהוא בעל גזע מאוד עבה שצומח לגובה לאורך זמן ארוך מאוד. על מנת שצמח מטפס יוכל לשמור על היציבות בגובה, הוא מנצל תמיכה של הסביבה כגון עצים או מבנים. צמחים מטפסים שונים פיתחו התאמות שונות שמאפשרות להם להיאחז בעצים, כמו קנונקנות בצמח האפונה או חומר דביק המופרש מצמח הפסיפלורה ומגפנית בוסטון (Boston ivy) המאפשר להם להיאחז בעצים ובמשטחים אחרים בחוזקה.

"התנועה של צמח מטפס היא לא על ידי העתקה (תזוזה ממקום למקום, ע.ב.י) כמו בעולם החי, אלא תנועה מתוך גדילה, מהוספה של חומר. מה שאנחנו רוצים ליצור זה רובוט שיכול לצמוח, כך שהתנועה שלו תהיה על ידי הוספת חומר והתארכות. זו בעיה מורכבת וצריך מעורבות של אנשי מחקר מתחומים שונים", אומרת מרוז. כאמור, בפרויקט עובדות בשיתוף פעולה תשע מעבדות, שעוסקות במגוון רחב של תחומים: רובוטיקה, בוטניקה, מתמטיקה, הנדסת חומרים, אנרגיה ועוד. המעבדה של מרוז אחראית על חקר תהליכי קבלת החלטות וזיכרון בצמחים בעזרת ניסויים, כלים פיזיקליים ומודלים מתמטיים.

מרוז מבהירה שכאשר היא מדברת על זיכרון וקבלת החלטות בצמחים היא מתכוונת לתהליכים בסיסיים שמתקיימים בכל מערכת ביולוגית, החל מתא בודד ועד לבני אדם. "אנחנו מסתכלים על מערכות ביולוגיות בתור מערכת של חישה-תגובה. לצמחים יש חיישנים לגירויים חיצוניים כמו לאור, לכבידה, למים, לכימיקלים, ולמגע מה שמאפשר להם להגיב לעולם מסביבם. במעבדה אנחנו מסתכלים על כיוון הגדילה של הצמח כתגובה לאיזשהו גירוי חיצוני, כאשר רוב הגירויים שאנחנו עובדים איתם הם בעיקר תגובה לאור ותגובה לכיוון הכבידה".

על סמך תנועת הצמח בתגובה לגירוי, המכונה טרופיזם, מרוז וצוותה יכולים לנסות לשחזר את מה שקרה ב"קופסה השחורה" של עיבוד האינפורמציה בתוך הצמח. לאחר מכן, הם מפתחים מודלים מתמטיים שמתארים את ההתנהגויות של הצמח בתגובה לגירויים השונים. "הרעיון הוא שאת המשוואות שאנחנו מפתחים נשלב ב'מוח', או מערכת הבקרה של הרובוט, שהשפה היחידה שהוא מבין היא מתמטיקה, וכך הוא יוכל לנוע באופן אוטונומי בתווך שאינו מובנה, ולצמוח כמו צמח מטפס", מסבירה מרוז.

ערימת פנקייקים

לדברי מרוז, עיבוד האינפורמציה בצמח המטפס הוא עניין מורכב, משום שהוא כל הזמן מקבל מידע מחיישנים עבור גירויים שונים, ובנוסף תוך כדי הגדילה מתווספים לו עוד חיישנים. "זה אולי לא נראה מפתיע שעץ צומח כלפי מעלה ועומד ישר, אבל כשחושבים על כך, זה לחלוטין לא טריוויאלי שהעץ מוסיף לעצמו עוד חומר ועדיין מצליח להישאר זקוף ללא תמיכה חיצונית". כדי להמחיש את האתגר הזה היא ממשילה את הוספת החומר לערימה של פנקייקים. "כדי ליצור ערימה, מניחים עוד ועוד פנקייקים אחד על גבי השני, כשבשלב מסוים ברור לנו שהערימה לא תהיה יציבה ותקרוס. גם בבניית בניין יש צורך ביסודות ותמיכה על ידי ברזלים. אז לחשוב שצמח יודע להוסיף לעצמו חומר לבד מבלי שמשהו חיצוני שיתמוך בו – בעיני זה די מטורף".

יישום התנהגות של צמחים מטפסים, אפוא, הוא אתגר מאוד גדול מבחינה רובוטית, מה שמסביר את הצורך בשילוב כוחות בין אנשי מדע מעולמות תוכן שונים לחלוטין. "אנחנו כולנו עובדים בשיתוף פעולה, משום שבצמחים, שלא כמו בחיות, אי אפשר להפריד בין התפתחות, זאת אומרת גדילה, לבין התנהגות. לכן כשאני מדברת על התנהגות אני תמיד חייבת לקחת בחשבון את עניין הגדילה", אומרת מזור.

שורשים רובוטיים

הפרויקט החל את דרכו לפני כשנה, ובראשו עומדת ד"ר ברברה מזולאי, מומחית לביו-רובוטיקה מהמכון האיטלקי לטכנולוגיה והוא צפוי לארוך עוד כשלוש שנים. עבור מזולאי, מדובר בפעם השנייה שהא עומדת בראש מיזם לפיתוח רובוט המבוסס על עולם הצומח. הפרויקט הקודם שלה הוליד לעולם את הרובוט הצומח הראשון, ה-Plantoid. ההשראה לפיתוח ה-Plantoid הגיעה דווקא מחלקי הצמח שאנו לא רואים – השורשים. הרובוט עצמו בנוי בצורת גזע עץ, שמתוכו יוצאים שורשים המסוגלים לגדול ולהתארך בטכנולוגיית של הדפסת תלת-ממד, המובנת בתוך הרובוט עצמו. שורשי הרובוט מכילים גם חיישנים לטמפרטורה, ללחות, לכבידה ולמגע.

ה-Plantoid וה-Growbot, נמצאים עדיין בתחילת דרכם, אך הם פורצים את הדרך לתחום חדש ברובוטיקה בהשראת עולם הצומח, ולא מן הנמנע שבעתיד נראה עוד ועוד רובוטים צומחים.