חיפושיות הריגול הסייבורגיות

כל אחד היה רוצה להיות זבוב על הקיר בחדר שבו נשיא ארה"ב נועד לשיחה סודית עם ראש הסי-איי-איי. מבחינה טכנולוגית לא נראה שנוכל אי פעם להפוך מישהו לזבוב, אבל לשלוט בזבוב, לגרום לו להגיע לאן שאנחנו רוצים ולקבל דיווח ממנו – מתברר שאת זה אנחנו יודעים לעשות כבר כיום.

בשני מחקרים (הראשון, השני) שפורסמו בשנה האחרונה הודיעו הירוטאקה סאטו מאוניברסיטת נאניאנג שבסינגפור ומישל מחרביז מאוניברסיטת ברקלי בארה"ב שהם הצליחו להצמיד לגבה של חיפושית שבב קטן שחובר באלקטרודות לשריריה. באמצעות שלט רחוק יכול אדם להפעיל את השרירים הללו ולאלץ את החיפושית לבצע תנועה מסוימת – כלומר "לחטוף" את השריר ולשלוט מרחוק בתנועת החרק. החוקרים בחרו דווקא את מין החיפושיות Mecynorrhina torquata מכיוון שהן גדולות יחסית ולכן יכולות לשאת את משקל השבב בלי קושי רב.

במחקר הראשון חיברו המדענים את השבב לשרירים שבבסיס כנפי החיפושית. כשהחיפושיות התעופפו בחופשיות הם הפעילו את השרירים הללו וגילו שהם גורמים להן לסטות ימינה ושמאלה.

במחקר נוסף הם חיברו את האלקטרודות לשרירים שבבסיס זוג הרגליים הקדמיות של החיפושית. תחילה הם מדדו בדיוק רב את צורת ההליכה שלה, ולאחר מכן הצליחו על ידי סדרה של כיווצים ושחרורים של השריר לגרום לרגלה של החיפושית לבצע תנועת צעד. בהמשך מדדו את הליכת החיפושית כאשר רגל עוקבת אחרי רגל (בדומה לשחיית חתירה, או בהליכה רגילה) וכששתי רגליים עוקבות נעות במקביל (כמו בשחיית פרפר או דהרה של סוס), והצליחו לראשונה לשלוט באופן ההליכה, מהירות ההליכה ואורך הצעד.

שליטה בצעדים. חיפושית הסייבורג מסינגפור | צילום: Tat Thang Vo Doan and Hirotaka Sato, NTU Singapore

"חטיפה" של חגבים
אמיר איילי מהמחלקה לזואולוגיה באוניברסיטת תל אביב עסק בעבר בתחום דומה: "המעורבות שלי בעניין הזה הייתה לפני חמש שנים לפחות, בשיתוף פעולה עם דני וייס מהטכניון", הוא אומר. "ניסינו לעשות את אותו דבר לארבה, אבל במקום לחטוף את המערכת המוטורית (השרירים), חטפנו להם את המערכת החושית – הראייה, השמיעה וכו'.

"יצרנו לחרק גירויים שהוא יגיב אליהם בתעופה. אחת התגובות הכי עקביות של חגבי הארבה היא שהם פונים כשמשהו עומד להתנגש בהם. זה משמעותי מאוד כיוון שהם עפים בנחילים, וכל הזמן דברים כמעט מתנגשים בהם והם יודע לתקן ולפנות. אז אפשר לחבוש להם קסדה קטנה עם מסכים ולהראות להם גירויים שהולכים ומתקרבים אליהם. חקרנו בדיוק את התכונות של הפנייה שלהם בהשפעה של גירויים שונים ואז במעבדה הצלחנו לכוון לחלוטין את תעופת החגבים. גם יכולנו להקליט את פעילות השרירים בתעופה ולנגן את מה שהקלטנו לכנפיים, וכך לייצר פניות אצל חגב שבכלל לא עף".

איילי מוסיף שגם כיום, בשיתוף פעולה עם ד"ר גל ריבק, הם חוקרים תעופה, "אבל יותר בהקשר של יציבות. חגבים מתחילים לעוף בקפיצה, והקפיצה הזאת לא תמיד מאוזנת לגמרי, כך שלפעמים הם מוצאים את עצמם הפוכים או לא ישרים באוויר. זה אתגר שכל כלי טיס שעובר ממצב בליסטי (כמו טיל) לתעופה מתמודד איתו. אנחנו מנסים להבין איך החגב מתגבר על הבעיה הזאת באופן מופלא ומתיישר לחלוטין בתוך מחזור אחד של נפנוף הכנפיים".

לשלוט על התעופה של חגב שכלל לא עף. חגב במעבדה של אמיר איילי באוניברסיטת ת"א | צילום באדיבור אמיר איילי
 

סוכנים חשאיים
ליכולת הטכנולוגית הזו יש השלכות רבות, במגוון רחב של תחומים. לדוגמה, במשימות חילוץ לכודים מהריסות מבנה, למשל אחרי רעידת אדמה, אפשר לשלוח חיפושיות כאלה להשתחל בין ההריסות עם נורת לד ומצלמה. באופן דומה, למשימות ריגול אפשר לשלוח חיפושית עם מיקרופון. בעתיד אולי נוכל לשלוח חיפושיות רבות ביחד לבצע משימות מורכבות.

הבעיה היא שהטכנולוגיה הזו עדיין לא מצליחה להבשיל. "מתעסקים בזה כבר שנים. DARPA (סוכנות המחקר של משרד ההגנה האמריקאי) השקיעה מיליארדים ברעיון של חרקי סייבורג" מספר איילי. "נדמה לי שהפטנט על זה נרשם כבר בסביבות בשנת 2000, ומאז לא קרה הרבה. הסיבה היא שה'חטיפה' שעושים כיום היא רק של המערכת המוטורית, כך שאם החרק רוצה לעוף ימינה אפשר אמנם לאלץ אותו לעוף שמאלה, אבל ברגע שנפסיק הוא יחזור לעוף ימינה.

"כבר לפני לא מעט שנים הוציאו ערכה שבאופן די מזעזע מאפשרת לשלוט בתנועה של ג'וק באמצעות טלפון חכם פשוט, אחרי שמחברים שתי אלקטרודות לאנטנות של הג'וק. אתה משדר מהטלפון גירויים של ימינה שמאלה והוא יפנה בהתאם. אפשר לקנות את זה היום באינטרנט".

סייבורג – הרובוט החי
אפשר לומר שהחיפושית היא עוד מופע של סייבורג – מונח נפוץ בספרות המדע הבדיוני שמשמעותו היא יצור חי (לרוב יונק) ששודרג בעזרת איברים מלאכותיים (רובוטיים). את הכינוי הזה טבעו לראשונה מנפרד קליינס ונתן קליין בשנת 1960, כדי לתאר איך אדם ומכונה ישתלבו יחד כשנרצה לשלוח אנשים לחלל. מאז הפכו הסייבורגים לדימוי נפוץ בתרבות הפופולרית. למשל דארת' ויידר מ"מלחמת הכוכבים" הוא סייבורג, וכך גם הדמות של ארנולד שוורצנגר בסרט השלישי בסדרת "שליחות קטלנית".

באחד המאמרים על החיפושית המחוברת לשבב פורטו יתרונות הסייבורגים על פני רובוטים מלאכותיים לגמרי: ביצורים חיים, כל המבנה המכני של הכלי מגיע מוכן מראש – למשל לא צריך לחבר רגליים דקות לגוף מתכתי. כמו כן, מכיוון שהחיפושית מקבלת את רוב האנרגיה שלה מאוכל (במקרה שלנו זבל), צריכת החשמל הדרושה להפעלת הכלי נמוכה. ולסיום, אפשר ללמוד בתוך כך על הביולוגיה של החיה בצורה שלא הייתה מתאפשרת בדרכים אחרות. עם זאת, החוקרים מציינים גם שני חסרונות: לחיפושיות יש אורך חיים מוגבל, וכך גם טווח הטמפרטורות שבהן הן פועלות.

אנו אמנם נוטים עדיין לחשוב על סייבורגים כעל דבר עתידני, אבל כבר כיום אנחנו מוקפים בהם. חולי לב, לדוגמה, משתמשים בקוצבי לב – מכשירים חשמליים שמושתלים בגופם וגורמים ללב לפעום בקצב קבוע. כבר לפני כעשור פותח הלב המלאכותי הראשון, וייתכן שלא יעבור זמן רב עד שלאנשים עם בעיות לב יושתלו לבבות מלאכותיים. ואילו לקטועי גפיים משתילים תותבות שמסוגלות לנוע בדומה לאופן שבו מפעילים שרירים, כך שרגל מלאכותית לגמרי מתנהגת בצורה דומה לרגל רגילה. ייתכן שבעתיד הגפיים המלאכותיות אף יעלו בכישוריהן על הגפה המקורית – לדוגמה רגל מלאכותית תוכל לרוץ מהר יותר מזו הביולוגית, ויד מלאכותית תישא משקל רב יותר מיד אנושית טבעית.

הקשר החשמלי
האתגר הטכנולוגי העיקרי בשילוב של ביולוגיה ומכונה הוא בממשק – נקודת המגע בין הגוף החי לטכנולוגיה. למשל, איך גורמים למוח שיודע להפעיל יד להפעיל תותבת רובוטית? ואיך מלמדים מחשב להפעיל שריר או לפענח אותות נוירולוגיים?

המערכות הביולוגיות, הבנויות משרירים, עצבים, מפרקים, עצמות וכדומה, אינן דומות כלל למכונות שבני האדם בונים, שלרוב מורכבות ממתכות, ברגים ופלסטיק. אבל למזלנו יש גם מן המשותף בין המערכות: שתיהן מופעלות באמצעות חשמל.

בגוף, תאי העצב (נוירונים) פועלים באמצעות זרמים חשמליים חלשים. תאי העצב הם בדרך כלל תאים עם זנב ארוך (אקסון) שבו מתרחשת הולכת הזרם. דרך תאי העצב עוברות הפקודות לכל חלקי הגוף, כגון הוראות לכווץ שריר, דיווחים על כאב ועוד. הפקודות הללו עוברות כאותות חשמליים.

כבר ב-1780 גילה לואיג'י גלווני (Galvani) שניצוץ חשמלי יכול לגרום לרגלי צפרדע להתכווץ. כיום ידוע שבאמצעות זרם חשמלי אפשר לשלוט בשרירים ובתאי עצב: גירוי של שריר בזרם חשמלי יכול לגרום לו להתכווץ, ואם רוצים לגרום לבעל חיים לבצע פעולה מסוימת אפשר לגרות תאי עצב שלו.

האתגר העיקרי כיום הוא להבין את הרשת העצבית המורכבת שמפעילה את הגוף. בגוף האנושי יש כמאה מיליארד תאי עצב, ואנחנו מבינים רק את קצה הקרחון של המבנה והתפקוד של הרשתות הללו, בלי יכולת להצביע במדויק מה עושה כל תא עצב. לתיקן, לשם השוואה, יש רק מיליון תאי עצב, כך שאנו מניחים שהמעגלים העצביים שלו פשוטים יותר, ועל כן נוכל להבין אותם טוב יותר וביתר קלות.

לדברי איילי, בטכנולוגיה הזו אפשר להשתמש כיום בעיקר כדי ללמוד על תפקודם של יצורים חיים: "משתמשים ביכולת הזו, שקיימת כבר הרבה זמן, כדי לחקור את ההשפעות של שריר מאוד מסוים בתעופת החיפושית. בתור ביולוג בנשמתי, מעניין אותי אם אפשר להשתמש בטכנולוגיות האלה כדי להבין את הביולוגיה".