تقوم الروبوتات بتوجيه نفسها في الفضاء باستخدام عيون الذباب

برنامج "المختبر" (يعاد بثه اليوم 17/10/2006 الساعة 16 على القناة الأولى) مخصص لمجال العين والرؤية، ومن بين أمور أخرى، لهذا البحث أيضًا. تربط الدراسات متعددة التخصصات التي أجريت في عدة جامعات في منطقة ميونيخ بين قدرة الطيران (وتحليل الصور) للذباب والروبوتات

الذباب ذو المظهر الشائع والخرقاء، فنانون أثناء الطيران. يغيرون اتجاههم فجأة، ويتوقفون في الهواء، ويدورون حول محورهم بسرعة البرق، ويقومون بهبوط دقيق - كل هذه المناورات أصبحت ممكنة بفضل رؤيتهم السريعة للغاية. تسمح لهم هذه القدرة بتجنب فقدان الاتجاه عندما يكونون في عجلة من أمرهم لتناول الطعام. ولا يزال السؤال مطروحا، كيف يستطيع دماغ الذباب الصغير معالجة تعقيد الصور والإشارات بهذه السرعة العالية وبكفاءة مذهلة؟

للوصول إلى جوهر المشكلة، أنشأ أعضاء مجموعة التميز المعروفة باسم "الإدراك للأنظمة التقنية" (CoTeSys) في ميونيخ بألمانيا، بيئة بحثية غير عادية - جهاز محاكاة طيران للذباب. في هذه المحاكاة، يقومون بالتحقيق في ما يدور في أذهان الذباب عندما يطير. هدفهم هو توفير هذه القدرات للبشرية من خلال تطوير الروبوتات القادرة على الإمساك واللمس وبالطبع الحركة، مع دراسة البيئة التي تعمل فيها.
عقل الذبابة يجعل الأشياء التي لا تصدق ممكنة. يتعامل الحيوان مع العوائق في الطيران السريع، ويتفاعل خلال جزء من الثانية مع الشخص الذي يحاول الإمساك به، ولا يخطئ في التنقل نحو الكتل ذات الرائحة الكريهة التي يعالجها منها. لقد عرف الباحثون منذ فترة طويلة أن الذباب قادر على التقاط العديد من الصور في الثانية أكثر من البشر. بالنسبة للعين البشرية، سيتم دمج أكثر من 25 صورة فردية في الثانية في حركة مستمرة. من ناحية أخرى، يمكن للذبابة أن تشاهد مائة صورة في الثانية كمشاهد فردية وتتدخل بسرعة كافية للتنقل وتحديد موقعها بدقة في الفضاء.

ومع ذلك، فإن دماغ الذبابة أكبر قليلاً فقط من رأس الدبوس، وهو أصغر بعدة مرات بالنسبة للعمليات بالطريقة التي يعمل بها الدماغ البشري، على سبيل المثال. يجب أن يكون لديها طريقة أبسط وأكثر كفاءة لمعالجة الصور من العين إلى الإدراك البصري، وهو موضوع يحظى باهتمام كبير من قبل صانعي الروبوتات حتى اليوم.

تواجه الروبوتات صعوبة كبيرة في فهم ما يحيط بها من خلال كاميراتها، بل وصعوبة أكبر في فهم ما يرونه. حتى اكتشاف العوائق على سطح عملهم يستغرق وقتًا طويلاً. ولذلك، يتعين على الأشخاص حماية مساعديهم الآليين، على سبيل المثال، عن طريق إغلاق المنطقة وفصل المنطقة التي تعمل فيها الروبوتات عن المناطق التي يعمل فيها البشر. ومع ذلك، فإن الطريق المباشر للتعاون الداعم بين البشر والآلات هو الهدف الأساسي لمجموعة التميز المعروفة باسم الإدراك للأنظمة التقنية (CoTeSys).

كجزء من CoTeSys، يقوم باحثون في علم الأعصاب من معهد ماكس بلانك لعلم الأحياء العصبية بالتحقيق في كيفية تمكن الذباب من التنقل في بيئتهم ولماذا تكون حركتهم فعالة للغاية. لقد قاموا ببناء جهاز محاكاة طيران للذباب تحت قيادة عالم الأحياء العصبية البروفيسور ألكسندر بيرست. على شاشة المحاكاة، قدم الباحثون للذباب مجموعة متنوعة من الأنماط والحركات وتحفيز أجهزة الاستشعار واختبروا رد فعلهم. تم تثبيت الحشرة في مكانها بواسطة أقطاب كهربائية حتى يتمكن الباحثون من تحليل ما يحدث في دماغ الذبابة أثناء طنينها وتعرجها حول الغرفة كما هو موضح في صورة المحاكاة.

أظهرت النتيجة الأولى شيئًا واحدًا بوضوح: يعالج الذباب الصورة بطريقة مختلفة عن معالجة الدماغ البشري للإشارات البصرية. وتبين أن عيونهم تفتقر إلى القدرة على الحركة. بشكل أساسي، فحص العلماء الأوامر التي يرسلها دماغ الذبابة أثناء الحركات المكانية المعروفة باسم "حقول التدفق البصري"، فعند التحرك للأمام، على سبيل المثال، عندما تتحرك الأشياء بسرعة إلى الجوانب، تظهر الكائنات الموجودة في الخلفية أكبر. يبدو أن الأجسام القريبة والبعيدة تتحرك بمعدلات مختلفة. الخطوة الأولى للذبابة هي بناء نموذج لهذه الحركات في عقلها الصغير.

إن السرعة والاتجاه الذي تبدو فيه الأجسام الموجودة أمام عين الذبابة وكأنها تتحرك لحظة بلحظة تخلق نمطًا نموذجيًا من نواقل الحركة تسمى حقول التدفق. وفي المرحلة الثانية، يتم تقدير هذا التدفق من خلال ما يعرف بلوحة الفصيص، وهو مستوى أعلى من المركز البصري في الدماغ. يوجد في كل نصف كرة من دماغ الذبابة 60 خلية فقط مسؤولة عن هذا النشاط. يتفاعل كل واحد منهم بقوة فريدة عند تقديمه بقالب مناسب. لتحليل مجال التدفق من المهم أن تصل معلومات الحركة من كلتا العينين معًا. يحدث هذا من خلال الاتصال المباشر بين الخلايا العصبية المتخصصة التي تسمى خلايا VS. بهذه الطريقة تتلقى الذبابة معلومات دقيقة عن موقعها وحركتها.

يشرح البروفيسور بيرست أهمية البحث: "من خلال النتائج التي توصلنا إليها، فإن شبكة الخلايا VS الموجودة في دماغ الذبابة المسؤولة عن الحركة الدورانية هي أكثر الدوائر المعروفة في الجهاز العصبي." ولكن لا تزال هذه الجهود لا تنتهي بالبحث الأساسي تمامًا. تهتم اكتشافات علماء الأعصاب في معهد مارتينسريد بشكل خاص بالهندسة المتعلقة بالعمليات، تحت إشراف ومراقبة جامعة ميونيخ التقنية (TUM)، والتي يتعاون معها البروفيسور بيرست في المشروع.

تحت قيادة البروفيسور مارتن بوس والدكتور كويلا كوهلينز، يعمل الباحثون من TUM على تطوير آلات ذكية يمكنها مراقبة البيئة من خلال الكاميرا، والتعلم مما يرونه، والتفاعل وفقًا للوضع الحالي. الهدف على المدى الطويل هو تمكين إنشاء آلات ذكية يمكنها التواصل بشكل مباشر وفعال وآمن مع البشر. وحتى في المصانع، يجب أن تسقط حدود الأمان بين البشر والروبوتات. ولن يتحقق ذلك إلا إذا كانت هناك قدرة سريعة وفعالة على تحليل الصور التي يراها الروبوت.
على سبيل المثال، يقوم فريق TUM بتطوير روبوتات طائرة صغيرة يتم التحكم في موقعها وحركتها أثناء الطيران بواسطة نظام محوسب للتحليل البصري، وهو مستوحى من دماغ الذبابة. تم تحدي أحد الروبوتات المتنقلة، أوتونوموس سيتي إكسبلورر (ACE)، ليجد طريقه من معهد مارين بلاتز في قلب ميونيخ - مسافة حوالي 1.5 كيلومتر - عن طريق إيقاف المارة وسؤالهم عن الاتجاهات. للقيام بذلك، كان على ACE ترجمة الإيماءات التي يقوم بها الأشخاص الذين يشيرون إلى الطريق، والمناورة على الرصيف وعبور الطرق بأمان.

إن زيادة التواصل الطبيعي بين الآلات الذكية والبشر أمر لا يمكن التفكير فيه دون القدرة الفعالة على معالجة الصور. إن البصيرة التي تم الحصول عليها من جهاز محاكاة الطيران للذباب تزيد من معرفة الباحثين من مجموعة متنوعة من التخصصات - وتقدم نهجا بسيطا بما يكفي ليتم نقله من مكان إلى آخر، من الحشرات إلى الروبوتات.

لإشعار الباحثين

لمشاهدة البرنامج على موقع هيئة الإذاعة والتلفزيون الإسرائيلية