זה רובוט? זה חרק?
זה גם וגם!

כשבניין מגורים שלם קרס ברעידת האדמה החזקה בטוקיו, בני משפחת יושידה נלכדו בהריסות דירתם, בקומת הקרקע. הם לא יכלו לזוז או לתקשר עם העולם, וחששו שהם עלולים למות בייסורים ממושכים. אם לא היה די בתחושת המחנק והאימה, היה עליהם להתמודד עם תיקנים שהחלו לטייל סביבם ועליהם. הם לא ידעו זאת, אבל התיקנים האלה היו ישועתם. שעות אחדות לאחר החורבן הצליחו להגיע אליהם כוחות הצלה, ואפילו ידעו בדיוק כמה לכודים חיים הם מחפשים, ואת מי דחוף להוציא ולפנות קודם.

התרחיש הזה עדיין דמיוני, אבל החזון התקדם לאחרונה עוד צעד לקראת מימושו, עם פיתוחם של תיקני סייבורג מדור חדש. זהו שילוב של חרק חי עם שבב מחשב זעיר, שבאמצעותו החוקרים יכולים לכוון את התיקנים ליעדם תוך ניצול כושר התנועה המופלא שלהם, וגם לאסוף מידע על הסביבה בעזרת חיישנים שהחרקים נושאים. חרקי סייבורג כאלה יוכלו לשמש בעתיד לאיתור ניצולים בזירות אסון, במקומות שאין אליהם גישה לבני אדם, גם בתנאי קיצון. הם גם יוכלו לשמש בחקלאות, מהאבקה ועד מלחמה בחרקים מזיקים, ואפילו לפעולות ביון וריגול, כשהזבוב על הקיר בחדר הדיונים החשאי משדר את תוכן הישיבה למי שאינם אמורים להיות בסוד העניינים.

בפיתוח החדש חוקרים מאוניברסיטת אוסקה ביפן ומאוניברסיטת דיפונגורו באינדונזיה התקינו את השבבים על גבם של תיקנים, כדי לנצל את כושר העבירות והטיפוס הטבעי שלהם. הם השתמשו בתיקן מדגסקרי לוחש  (Gromphadorhina portentosa) וחיברו את ההתקן למערכת העצבים שלו. זה מאפשר להם להגדיר לחרק לאן הוא צריך להגיע, אבל לתת לו לבחור את הדרך עצמה – למשל אם להקיף מכשול או לטפס עליו – תוך שימוש ביכולות הטבעיות שלו, שלוטשו במאות מיליוני שנות אבולוציה.

מחילוץ, דרך חקלאות ועד ביון. תיקן סייבורג נושא את המערכת שפותחה במחקר החדש | צילום: Mochammad Ariyanto, Diponegoro University

מסלול מכשולים

ההתקן שמחובר לתיקנים כולל מערך חיישנים למדידת טמפרטורה, לחות ועוד, לצד אחרים שקשורים ישירות לתנועת החרק, כמו חיישני תנועה. החוקרים מכנים את המערכת BIOBBN, קיצור של "מערכת ניווט ביו-היברידית מבוססת התנהגות" (biohybrid behavior-based navigation), ובמחקר שהתפרסם לאחרונה הם מדווחים שבחנו שתי מערכות כאלה, אחת לתנאי שטח נוחים, והאחרת לסביבה מאתגרת יותר. "אחת מאפשרת להשתמש בחבילת אלקטרוניקה מסובכת וכבדה יותר בעוד המערכת השנייה צריכה להיות קטנה וקלה יותר, להתאים לניווט בשטח קשה", כתבו החוקרים.

במחקר בחנו את יכולות הניווט של תיקני הסייבורג במסלול חולי, ובו מכשולי אבן ועץ שהיה על התיקנים להתמודד איתם. החוקרים הסתפקו בשליטה על יעד הניווט בעזרת האלקטרודות שחוברו למערכת העצבים של התיקן, ונתנו להם להתמודד לבד עם המכשולים עצמם ולהחליט כיצד לעקוף אותם. הם גם היו צריכים להתהפך בלי עזרה אם נפלו על גבם בגלל המשקל של ההתקן שנשאו עליו. "האלגוריתם רתם את ההתנהגות הטבעית של התיקנים, כמו הליכה לאורך קירות או טיפוס עליהם, כדי לנווט סביב המכשולים או מעליהם", כתבו החוקרים במאמר. לדבריהם, התיקנים התמודדו בהצלחה גם עם מסלול מכשולים שטרם פגשו בו קודם.

להשתמש ביכולות הטבעיות של התיקנים לעבור מעל המכשולים או סביבם. מסלול המכשולים ששימש בניסוי | צילום: Mochammad Ariyanto, Diponegoro University

לחשוב בקטן

תיקני הסייבורג שפותחו במחקר הנוכחי אינם ראשונים מסוגם. כבר יותר משלושה עשורים שחוקרים ברחבי העולם מפתחים בעלי חיים קיברנטיים – שילוב של יצור חי עם ממשק רובוטי שנועד להפיק את מרב התועלת משני העולמות, הביולוגי והטכנולוגי. עם השנים השתפרו מאוד הטכנולוגיות, בין השאר בזכות מזעור של רכיבים רבים, וכן שדרוג ניכר של הידע והטכנולוגיות בממשק שבין מחשבים למערכות עצבים. רוב המחקר בחיות סייבורג נעשה בחרקים, בזכות השילוב בין כושר התנועה המרשים, מערכת עצבים פשוטה יחסית לתפעול, וגם הזמינות והנוחות של עבודה עם חרקים, שאינה כרוכה במגבלות האתיות שחלות על עבודה עם יונקים, למשל.

רבים מחרקי הסייבורג הם תיקנים, שנבחרו גם בגלל גודלם הפיזי, שמאפשר להם לשאת משקל גדול יחסית, וגם בזכות יכולתם להסתנן דרך פתחים זעירים ולשרוד גם בתנאים קשים. חוקרים פיתחו לא רק מערכות אלקטרוניקה זעירות שמאפשרות לשלוט בתיקנים ולנצל את יכולותיהם, אלא אפילו מערכות להפקת אנרגיה סולרית שיכולות לספק חשמל להתקנים האלה ולהאריך את משך פעילותם.

החוקרים במחקר הנוכחי מקווים כי תיקני הסייבורג שלהם יצלחו את המעבר מהמעבדה לעולם האמיתי. "אני סבור שחרקי הסייבורג שלנו יכולים להשיג את מטרותיהם בפחות מאמץ ואנרגיה מאשר רובוטים מכניים לגמרי", אמר ראש צוות המחקר, קאיסוקה מורישימה (Morishima). "מערכת הניווט האוטונומית הביו-היברידית שפיתחנו מתגברת על בעיות שבאופן מסורתי איתגרו רובוטים, כמו התמודדות עם נפילות. זה מה שנחוץ כדי לצאת מהמעבדה לתרחישים של החיים האמיתיים ולטבע הפראי".

החוקרים מייעדים לחרקים כאלה מגוון רחב של שימושים. נוסף על עבודה באתרי אסונות, כמו איתור ניצולים, הם יכולים לשמש בסביבות מאתגרות אחרות, גם עניות בחמצן, אפילו בעומק הים או בטיסות חלל. יש אפילו תוכניות להיעזר בחרקי סייבורג במחקר ארכיאולוגי, בזכות יכולתם להסתנן דרך פתחים זעירים, ולכוון את החוקרים בחפירות.