רובוטיקה
מיקרו-רובוטים המתרפאים בעצמם: מרפואה לשימושים צבאיים
צוות של מהנדסים מאוניברסיטת פנסילבניה פיתח שיטה פשוטה ליצירה ובקרה של להקות מיקרו-רובוטים המתרפאים בעצמם. המדע מושפע מהטבע ומשלב אותו עם עיצוב מיקרו-רובוטים פשוטים המסוגלים ליצור ולרשום אותות אקוסטיים. גישה זו דומה לדרך בה דבורים וחרקים אחרים משתמשים בגלי קול כדי לארגן את עצמם בקבוצות גדולות.
מהו מיקרו-רובוט ואיך הוא עובד
כאשר אדם ממוצע חושב על רובוטים, הוא כנראה מדמיין יישומים תעשייתיים וצבאיים. אולם, מספר הולך וגדל של התקנים אלה מצאו שימוש בתחומים רפואיים וסיוע באסונות. התקנים האלה לרוב קטנים בהרבה וידועים בשם מיקרו-רובוטים בשל גודלם הזעיר, שלרוב הוא בסדר גודל של ננו-מטר. בולט שרבים מהמדענים חוזים עתיד בו הרובוטים הקטנים האלה יעבדו ביחד בלהקות כדי לבצע משימות חשובות.
אתגרים בפיתוח טכנולוגיית מיקרו-רובוטים
ישנם מספר בעיות הממשיכות להאט את התקדמות המיקרו-רובוטים. אחד הגורמים המגבילים העיקריים היה הגודל. אולם, כיום, ישנן מספר דרכים למהנדסים ומפתחים ליצור מכונות זעירות ולעיתים מורכבות אלה.
מערכות חומר פעיל
המדע של הבנת המנטליות והאסטרטגיות של להקות הוא תחום מדעי הנקרא חומר פעיל. מומחים לחומר פעיל מבלים שנים בחקר להקות ביולוגיות וסינתטיות מיקרוסקופיות. מטרתם היא להבין כיצד קבוצות גדולות אלה יכולות לתאם פעולות למשימות כגון התראת איומים וחיפוש משאבים.
תקשורת אקוסטית בלהקות טבעיות
מהנדסי חומר פעיל שמו לב כי אותות אקוסטיים שימשו זמן רב על ידי עטלפים ומינים אחרים לתקשורת מידע חיוני. לווייתנים הם עוד יצור שמשתמש בגלי קול כדי לתקשר על פני מרחקים עצומים. ברוב המקרים, בעלי חיים כגון לווייתן גבשושית הוקלטו משתמשים באקוסטיקה על מרחקים של עד 1,000 מיל.
מחקר אוניברסיטת פנסילבניה על מיקרו-רובוטים עצמיים מתרפאים באמצעות אקוסטיקה
המאמר1 “אותות אקוסטיים מאפשרים תפישה קולקטיבית ובקרה במערכות חומר פעיל”, שפורסם בכתב העת המדעי APS, הוא המחקר המדעי הראשון ששילב אקוסטיקה כדי לבקר להקות מיקרוניות. כך, הוא מייצג אבן דרך חשובה ברובוטיקה מיקרונית.
מודל סימולציה ממוחשבת של מיקרו-רובוטים עצמיים מתרפאים
במקום לבנות מיקרו-רובוטים אמיתיים, הצוות יצר מודל ממוחשב מורכב שחיקה את ההתנהגויות של ההתקנים האלה במהלך תנאים מסוימים ברמות מודל חלקיקי ושדה-בסיסי.
סוכנים של מיקרו-רובוטים עצמיים מתרפאים
המודל הממוחשב התבסס על מיקרו-רובוט פשוט הידוע בשם סוכן. ההתקנים הדיגיטליים הקטנים האלה תוכננו לחקות את פעולותיהם של מעגלים אלקטרוניים פשוטים. המעגלים כללו מתנד אקוסטי ומיקרופון. ההתקנים כללו גם מנועים זעירים שאיפשרו להם להגיב לקול באמצעות תנועה.
מערכת אותות אקוסטית לבקרת מיקרו-רובוט
המהנדסים אז יצרו מערכת אותות אקוסטית שיכולה להורות לרובוטים פקודות פשוטות. במיוחד, גלי הקול היו מפעילים שלוש פעולות, כולל הרכבה, ניווט ותקשורת. הצוות הבחין ביתרונות מיידיים, כולל זה שגלי הקול התפשטו הרבה יותר מהר מאשר מערכות כימיות ששימשו בעבר לבקרת מיקרו-רובוטים.
כללים בסיסיים להתנהגות מיקרו-רובוטים בשליטה אקוסטית
הסוכנים תוכנתו עם שני כללים בלבד. הכלל הראשון קובע כי ההתקנים חייבים לנוע לעבר הקולות החזקים ביותר. הכלל השני משנה את הקולות שההתקן יוצר. בולט שהקול שהוא יוצר משתנה על בסיס גלי הקול שהוא מקבל, מה שהופך כל התקן לאנטנה חוזרת ללהקה.
תוצאות מבחני סימולציה למיקרו-רובוטים עצמיים מתרפאים
כדי לבדוק את הסוכנים הממוחשבים, המהנדסים בנו מספר משימות בסביבת המודל הממוחשב. המבחן הראשון היה לראות אם הרובוטים יכולים להתלהק ומה התנהגותם במהלך התהליך של התארגנות וניווט לעבר מיקומים או ביצוע משימות.
התנהגות מארגנת עצמית בלהקות מיקרו-רובוטים מדומות
המהנדסים היו צריכים לבדוק את יכולת המיקרו-רובוט להתארגן בלהקות. הם ביצעו זאת על ידי יצירת גלי קול שיזעיקו התנהגות להקה, מה שהוביל למה שהמהנדסים תיארו כ”אינטליגנציה קבוצתית פרימיטיבית”.
יתרונות מרכזיים של מיקרו-רובוטים עצמיים מתרפאים בשליטה אקוסטית
ישנם מספר יתרונות שמחקר זה מביא לתחום המיקרו-רובוטים. למשל, הוא הוכיח כיצד עיצוב רובוטי פשוט יכול לבצע משימות להקה מורכבות באמצעות אותות אקוסטיים בלבד. כך, מחקר זה דוחף את המיקרו-רובוטים קדימה, שכן גלי קול הם אמינים יותר וקלים יותר ללכידה מאשר שיטות תקשורת אחרות.
עיצוב פשוט למיקרו-רובוטים בעלות נמוכה
מחקר זה מראה גם כיצד ניתן ליצור מיקרו-רובוטים פשוטים וזולים עם פשטות מופחתת, אך עדיין לבצע משימות להקה. התקנים האלה, אם כי נוצרו רק באופן דיגיטלי, היו זולים מאוד לייצור במציאות. ההחלטה של המהנדסים לצמצם את ההתקן למיקרופון, רמקול ומתנד בלבד הוכיחה כיצד מיקרו-רובוטים אינם צריכים להיות מורכבים.
עלויות נמוכות
היתרון האחר של עיצוב פשוט הוא שהוא זול לייצור. ההתקנים התאורטיים במחקר הזה יכולים להיות מיוצרים במרכיבי סנטים ובלי שימוש בציוד מתקדם. כך, הם פותחים את הדלת לפעולות תעשייתיות עצומות ועוד.
איך מיקרו-רובוטים נווטים במרחבים צרים: יתרונות מרכזיים
התכונות המארגנות והמתרפאות עצמית של מיקרו-רובוטים אקוסטיים יאפשרו להתקנים האלה להיכנס למקומות שרובוטים אחרים לא יוכלו. התקנים האלה יכולים להתעצב מחדש לעבור דרך מרחבים צרים. הלהקה מסוגלת להצטמצם לעובי כמעט של ביט בודד, לעבור דרך סדק קטן ואז להתארגן מחדש בצד השני.
מיקרו-רובוטים עצמיים מתרפאים: יישומים בעולם האמיתי
ישנם הרבה יישומים לטכנולוגיה הזו. רובוטיקה מיקרונית היא ענף מתפתח מהר שישנה את המדעים המרכזיים ברחבי העולם. מיישומי חיישנים ועד אבטחת הסביבה, ישנם הרבה דרכים שבהן טכנולוגיה זו תועיל לעולם.
יישומים של חיפוש והצלה ללהקות מיקרו-רובוטים
ביצוע פעולות חיפוש והצלה הוא משימה מסוכנת שיכולה להוביל לפציעות נוספות. במקרים רבים, מציאת והצלת האדם היא מסוכנת יותר מאשר האופן בו הם נקלעו למצבם. כך, חשוב להשתמש בטכנולוגיה כדי לאתר את האנשים הזקוקים לעזרה במהירות האפשרית.
ניטור סביבתי עם טכנולוגיית מיקרו-רובוט
מיקרו-רובוטים יסייעו לשמור על האוויר והים נקיים. התקנים האלה יוכלו להיות מותקנים כדי לנטור נתונים סביבתיים חיוניים. מערכות אלה יכולות להיות מותקנות כדי לנטור זיהום אוויר סביב אזורים תעשייתיים, פסולת פלסטיק במים ועוד.
יישומים רפואיים: טיפולים ממוקדים של מיקרו-רובוטים
מיקרו-רובוטים עשו צעדים גדולים בתעשיית הבריאות. הם יכולים לשמש לטיפול במחלות ספציפיות ובאזורים קשים לטיפול בגוף. למשל, מיקרו-רובוטים יכולים למנוע תרופות לכבד במיקומים ממוקדים. משימה זו היא בדרך כלל מאוד קשה בגלל נטיית הכבד לשטוף את התרופות לפני שהטיפול יוכל להתרחש.
שימושים צבאיים והגנה ללהקות מיקרו-רובוטים
ישנם מספר יישומים צבאיים לטכנולוגיה הזו. להקות רובוטים זעירות יכולות לשמש לזיהוי איומים ואבטחת מחנה. הן יכולות גם לבצע משימות התקפיות כגון תקיפת מתקנים אויב ושיבוש מערכות תקשורת.
לוח זמנים לפיתוח טכנולוגיית מיקרו-רובוטים עצמיים מתרפאים
ניתן לצפות שטכנולוגיה זו תהיה בשימוש בתוך 10 השנים הקרובות. עדיין יש צורך בעבודה נוספת על איך לשלוט בהתקנים האלה למשימות ספציפיות. בנוסף, יהיה צורך באישורים רבים, במיוחד ליישומים רפואיים.
חוקרי אוניברסיטת פנסילבניה מאחורי מחקר המיקרו-רובוטים העצמיים מתרפאים
אוניברסיטת פנסילבניה אירחה את מחקר הלהקות של מיקרו-רובוטים עצמיים מתרפאים. המאמר מציין את אלכסנדר זיפקה, איוואן מרישב, איגור ארנסון וארווין פריי כחוקרים הראשיים.
כיווני מחקר עתידיים למיקרו-רובוטים עצמיים מתרפאים
עתיד המיקרו-רובוטים העצמיים מתרפאים מבטיח. התקנים האלה יהיו חכמים יותר ככל שהחוקרים ימצאו דרכים טובות יותר ללכידה וחיקוי של אותות אקוסטיים. המהנדסים יעבדו עכשיו על מתן יכולות ועמידות נוספות לרובוטים נגד הפרעות.
השקעה ברובוטיקה
ישנן מספר חברות חדשניות המנסות לשלוט בתחום הרובוטיקה. חברות אלה השקיעו מיליארדים ביצירת התקנים שיכולים לבצע משימות שהן משעממות או בלתי אפשריות לבני אדם.
Microbot Medical Inc.
Microbot Medical Inc. (MBOT ) נכנסה לשוק ב-2010. היא נוסדה בישראל לפני שעברה למסצ’וסטס. מייסדה, הראל גדות, רצה לנצל את ניסיונו בתחום הבריאות ולשלב אותו עם רובוטיקה מתקדמת כדי לעזור לפתור את אחד הבעיות הבריאותיות הדחופות.
חדשות אחרונות ופיתוחים של Microbot Medical (MBOT)
מסקנה: עתיד המיקרו-רובוטים העצמיים מתרפאים בשליטה אקוסטית
קל לראות כיצד מחקר המיקרו-רובוטים העצמיים מתרפאים יעזור לקדם מערכות חומר פעיל הלאה. החוקרים רכשו ידע חשוב על כיצד אקוסטיקה יכולה לשלוט בהתקנים זעירים בצורה יעילה. עכשיו, המטרה תהיה לשלב שיטות אחרות, כגון בקרה אלקטרומגנטית, כדי לקדם את יכולות המיקרו-רובוטים.
למידע על פריצות דרך רובוטיות אחרות כאן.
