علماء من إسرائيل والولايات المتحدة وأوروبا يقومون بتطوير "فأر آلي"

ستكون قادرًا على المساعدة في إنقاذ وإنقاذ المباني المنهارة وفي استكشاف الكواكب

تم مؤخرًا إنشاء مبادرة جديدة تضم تسع مجموعات بحثية، بما في ذلك علماء الروبوتات وعلماء الأعصاب من أوروبا والولايات المتحدة وإسرائيل، بهدف تقليد الطبيعة. تعمل المجموعة المتعددة الجنسيات على إنشاء تقنيات لمسية متقدمة، مثل مجموعة الاستشعار التي ستعتمد على الشعر الاصطناعي، وستكون في الواقع نوعًا من الفئران الآلية. سيكون الروبوت ذو الشارب قادرًا على تحديد موقع الأجسام سريعة الحركة والتعرف عليها والتقاطها. يقول البروفيسور إيهود أهيشر من قسم علم الأعصاب في معهد وايزمان للعلوم، والذي تشارك مجموعته في البحث متعدد الجنسيات: "لقد تم إهمال حاسة اللمس حتى الآن عندما يتعلق الأمر بتطوير الذكاء الاصطناعي". "الحيوانات الليلية، أو تلك التي تعمل في المناطق التي تكون فيها الرؤية محدودة، تستخدم هذه الحاسة، بدلاً من الرؤية، كوسيلة أساسية للتعلم وتلقي المعلومات المادية عن بيئتها." يدرس البروفيسور أهيشار الطريقة التي تستخدم بها الفئران شعيرات شافمان بغرض تكوين إدراكها للفضاء، وعمليات معالجة المعلومات الواردة من الشعيرات في الدماغ. "إذا تمكنا من فهم ما الذي يجعل حاسة اللمس لدى هذه الحيوانات فعالة للغاية، فسنكون قادرين على تطوير آلات يمكنها اللعب بها واستخدامها بفعالية."

فما هو إذن سر الشارب؟ لماذا يكون الاستشعار عن طريق شوارب الفئران أسرع بكثير وأكثر كفاءة من الاستشعار عن طريق أطراف أصابع الشخص العادي؟ يقدم البحث الذي أجراه البروفيسور أهيشر وأعضاء مجموعته أدلة وإجابات أولية لهذه الأسئلة الرئيسية. ينبع أحد التفسيرات من الطبيعة النشطة لنظام اللمس: فالشعيرات الشعيرية تهتز باستمرار وتجمع معلومات حول البيئة المباشرة. علاوة على ذلك، تظهر التجارب أن النمط الذي يحرك به الفأر شواربه يعتمد على مهام التنقل والتعرف التي يتعين عليه حلها. لوضع الأشياء، على سبيل المثال، يقوم دماغ الفئران بتنشيط برنامج ترميز ثلاثي الأبعاد، والذي يقوم بتشفير إحداثيات الموقع في كل من الأبعاد الثلاثة - في نمط تشغيل فريد. وهكذا، على سبيل المثال، يتم ترميز البعد الأفقي بتوقيت نشاط الخلية العصبية؛ يتم ترميز البعد العمودي، أي ارتفاع العظم، من خلال البنية المكانية للخلايا العصبية النشطة؛ البعد الثالث، وهو مسافة العظم من قاعدة الشعرة، يتم ترميزه من خلال قوة الاستجابة - فكلما اقترب العظم، زادت الإشارات التي ترسلها الخلايا العصبية.

بالإضافة إلى ذلك، تمكن أعضاء مجموعة بحث البروفيسور أهيشر من تحديد الطرق الرئيسية التي تحمل المعلومات من شعر الشارب إلى الدماغ: تنتقل الإشارات العصبية في ثلاثة مسارات منفصلة ومتوازية إلى المهاد - "البوابة" إلى المخ. القشرة الدماغية. ينقل أحد المسارات الإشارات المتعلقة بحركة الشعيرات الطولية نفسها؛ ينقل المسار الثاني معلومات حول أوقات الاتصال بالكائنات؛ والطريق الثالث ينقل معلومات معقدة حول العلاقة المتبادلة بين حركة الشارب والاتصال بالعظم. هذه المسارات الثلاثة هي جزء من حلقات التغذية الراجعة التي تخلق حلقات تحكم مغلقة: تؤثر حركة عضو الحس على المعلومات الحسية في الدماغ، والتي بدورها تؤثر على حركة عضو الحس وفقًا لذلك. إن وجود العديد من الحلقات المغلقة، المرتبطة فيما بينها بعلاقات متداخلة معقدة، هو الذي يتيح التحكم الغني والدقيق في الحركة، والاستخدام الأمثل للأعضاء الحسية - ولكنه أيضًا هو الذي يشكل التحدي الكبير للمهندسين، الذين ما زالوا لا يستطيعون معرفة كيفية بناء نظام اصطناعي يحاكي حلقات ردود الفعل العديدة والمتكاملة.

لدراسة تأثير الحلقات على القدرة الحسية لشعيرات الشارب، انضم البروفيسور ديفيد غولومب من جامعة بن غوريون في النقب إلى المبادرة البحثية. يطبق البروفيسور جولومب الأساليب النظرية والحسابية المأخوذة من الفيزياء النظرية والرياضيات التطبيقية لتطوير ودراسة النماذج التي تصف الأنظمة العصبية والميكانيكية المشاركة في عمليات الاستشعار. وتعتمد النماذج على الملاحظات التجريبية للبروفيسور أهيشر وعلماء آخرين، وسيتم اختبار التوقعات التي تم الحصول عليها من النماذج في مختبرات العلماء المشاركين في المشروع.

البروفيسور اهيشار: "قد يعزز البحث فهمًا أفضل للدماغ من ناحية والتطبيقات التكنولوجية من ناحية أخرى. فيما يتعلق بالتطبيقات: نفترض أن حلقات التغذية الراجعة المغلقة المتعددة هي المفتاح لميزة الأنظمة البيولوجية على الأنظمة الآلية الموجودة اليوم. سيساعد تحقيق المعرفة البيولوجية على بناء آلات فعالة للاستخراج والإنقاذ والاستكشاف في ظروف الرؤية الصعبة. فيما يتعلق بجهودنا لفهم طرق الدماغ: تسمح لنا الروبوتات ببناء نظام يشبه الدماغ، خطوة بخطوة، وفهم دور كل مكون داخله. وبهذا المعنى، سيكون الروبوت بمثابة نوع من "المختبر" الذي سيسمح لنا بفهم الدماغ الحي بشكل أفضل." وبهذه الطريقة، قد تساهم البحوث الحيوانية الأساسية في رفاهية الإنسان، خارج نطاق الطب.

ويشارك أيضًا علماء من الجامعات ومعاهد البحوث وشركات التكنولوجيا الفائقة في المملكة المتحدة وسويسرا وإيطاليا وفرنسا وألمانيا والولايات المتحدة الأمريكية في المشروع، الذي يموله الاتحاد الأوروبي إلى حد كبير.