מיונים מסוממות לרובוטים עם מוח של עכבר

טיל ה-'חץ' הישראלי הוא אחד מטילי היירוט המשוכללים ביותר הקיימים כיום. החץ מיועד לפגוע בטילי אויב בליסטיים, ולשם כך הוא מונחה על-ידי מערכת היגוי ובקרה משוכללת, שמזהה את טיל האויב ומכוונת את החץ בעקבותיו. כאשר אנו רואים את רמת הטכנולוגיה העילאית המביאה את החץ למטרתו, קשה להאמין כי רק שבעים שנה עברו מאז הומצאה מערכת ביות הטילים הראשונה, שהתבססה על שלוש יונים מורעבות ומסוממות.

מדע ומלחמה - כתבות נוספות:

• חדש: רובה לייזר שהורג יתושים
• איך עוצרים רקטות מסוכר ודשן?
  

בשנת 1941 מצאה עצמה ארצות-הברית שרויה עמוק בבוץ מלחמת העולם השנייה. זו היתה אחת המלחמות הראשונות בהן שיחקו חילות האוויר תפקיד קריטי בשדה הקרב, בעיקר באמצעות מפציצים ששימשו להטלת פצצות וטילים על חילות הקרקע וערי האויב. חילות האוויר משני צידי המתרס הצליחו לזרוע פניקה המונית על הקרקע, אך הם נתקלו בקשיים גדולים ביירוט מכוון, בעיקר מכיוון שמערכות היגוי מרחוק יעילות עדיין לא היו קיימות באותם הימים.

הפתרון לבעיה הגיע דווקא מצידו של בורכוס פרדריק סקינר. הוא לא היה מהנדס, הוא לא היה מכונאי, ואפילו במתמטיקה הוא בקושי התמצא. אבל הוא היה אחד מהחשובים שבפסיכולוגים ההתנהגותיים באמריקה, וזה היה מספיק.

לאחר שהגרמנים הפציצו את ורשה ב-1939, מצא עצמו סקינר תוהה האם ניתן לתכנן טיל שיפגע במטרה ספציפית על הקרקע. רגע ההארה הגיע בזמן שנסע ברכבת וצפה בציפורים מתעופפות בלהקים גדולים מחוץ לחלונות הזכוכית. הוא נותר מרותק למראה הציפורים המתמרנות באוויר, משנות את מסלוליהן בקלילות וחגות במעגלים. גם מבלי הכשרה פורמלית באווירונאוטיקה, הבין סקינר כי ניתן לראות את בעלות הכנף כגופים אווירודינמיים, עם יכולות ראייה ותמרון עילאיות.

מהנדס רגיל היה בוודאי מתחקה אחר עקרונות התעופה של הציפורים ומנסה לחקות אותם. אבל סקינר היה פסיכולוג, ולכן השלב הבא היה כמעט בלתי-נמנע: הוא ניסה לאלף יונים לנווט טילים.

יונים, סמים ומלחמה אווירית

למרות הגיחוך המיידי שמעוררת המחשבה, סקינר הצליח להגיע לתוצאות מרשימות ולגייס תמיכה בפרויקט מצד הצבא האמריקני. היונים הוצבו מול מסך שעליו הוקרנה המטרה בתנועה, ואולפו לנקר בקביעות את המטרה בלבד. כל אימת שהצליחו במשימה, הן תוגמלו במנת זרעונים. לאחר שעברו היונים מספר סדרות אימונים שכאלו, הן היו ממשיכות לנקר במטרה שעל המסך גם מבלי לקבל תגמול.

המסך עצמו היה מלאכת פלא של הנדסה. הוא היה מחובר למערכת בקרה רגישה ומכוילת היטב בתוך הטיל. כל אימת שהמסך נע לכיוון מסוים, היתה גורמת התזוזה להזרמת אוויר בלחץ גבוה שהניע את כנפוני הטיל בכיוון המתאים. כאשר היתה המטרה מופיעה בצידו השמאלי של המסך, היונה היתה מנקרת את הצד השמאלי וגורמת לתזוזת המסך שמאלה, שתורגמה להסטת הטיל כולו שמאלה, לכיוון המטרה, עד שזו היתה מגיעה למרכז המסך – כלומר, בקו ישר לקודקוד הטיל.

רק כאשר המטרה היתה בדיוק במרכז המסך, וניקורי היונים פגעו במרכז המסך בדיוק, היה הטיל ממשיך לנוע בקו ישר אל המטרה. ומה אם היתה היונה מתעצלת, או מתה מהתקף לב בזמן שיגור הטיל? לשם כך תוכננו הטילים כשבראש כל טיל שלוש יונים, בתאים נפרדים, ותוצאות הניקורים שלהן שוקללו יחד להנעת הטיל.

המערכת עבדה היטב בסימולציות פשוטות, בהם הניע מפעיל מיומן תמונה צבעונית על המסך, ובאותו זמן וידא שהיונים מקבלות תגמול מדי שתי דקות. כל היונים הגיעו להישגים מעולים וניקרו במסך בקצב של ארבעה ניקורים לשנייה, תמיד במטרה. אך כיצד היו היונים מתפקדות כשהן לכודות בתוך ראש הטיל?

סקינר החליט להעמיד במבחן את חוסנן הנפשי של היונים. הוא ירה באקדחים במרחק של סנטימטרים בודדים מראשיהן, והן לא הפסיקו לנקר. הוא השמיע רעשים חזקים מסביבן, והן לא הפסיקו לנקר. הוא הציב אותן בתא לחץ שדימה את התנאים הקיימים בגובה 3,000 מטר, סחרר אותן בצנטריפוגה, הרווה אותן בחמצן טהור וחשף אותן להבזקי אור חזקים שדימו פיצוצים באוויר. והיונים המשיכו לנקר.

כיצד הצליחו היונים להשאר צמודות למסך באדיקות כה רבה? ההסבר הפשוט הוא שסקינר דאג להרעיב אותן לפני הניסוי, על-מנת שהצורך שלהן בזרעונים יהיה חזק יותר מהפחד מהסביבה. סיבה אחרת, טובה לא פחות, עשויה להיות העובדה שבחלק מהניסויים ניתנו ליונים זרעוני קנבוס כתגמול. הקנבוס, כפי שניתן להבין משמו, הוא קרוב משפחה של הקנביס, ממנו מופקים מריחואנה וחשיש. הקנבוס אמנם אינו יעיל בתור סם פסיכואקטיבי בבני-אדם, אך סקינר גילה כי זרעוני הקנבוס היו יעילים יותר מהזרעונים הרגילים בסילוק כל שייר של פחד מלב הציפורים, ואיפשרו להן להתעלם מהסחות דעת ולהתרכז במשימה שלפניהן.

למרות שהיונים המאולפות של סקינר הצליחו למלא את תפקידיהן היטב בכל הסימולציות, הן מעולם לא הועמסו על גבי טילים ממשיים ושוגרו לכיוון מטרות אויב. למרות תמיכתה הראשונית של המדינה, סקינר התאכזב לקבל הודעה ב-1944 על סגירת הפרויקט. הצבא האמריקני החליט להתמקד בכיוונים אחרים בבקרה על טילים, אולי בעקבות הצלחתם של הגרמנים ב-1943 בהכוונת טילים באמצעות גלי רדיו ממטוסי האם.

אלא שהצבא האמריקני לחוד, והצי האמריקני לחוד, ולא תמיד האחד מקבל את החלטות השני. ארבע שנים לאחר חיסול הפרויקט המקורי, החליט הצי לבדוק מחדש את רעיון הניווט באמצעות יונים, והפרויקט זכה לחיים חדשים תחת השם 'אורקון' – בקרה אורגנית (Organic Control).

טיל ה"חץ". היום האלקטרוניקה השתלטה על התעשייה האווירית

האלקטרוניקה הרגה את היונים

היונים של אורקון התאמנו בסימולאטור משוכלל שדימה טיל אמיתי, עם מסך עליו הוקרנו תמונות בצבע של ספינות המטרה. אלקטרודת מתכת חוברה למקור היונה, ומסך הזכוכית הוליך חשמל והיה יכול לעקוב אחר מיקומם של הניקורים. מערכת הבקרה היתה משנה את מסלול הטיל בהתאם לניקורים, היונה היתה מקבלת את הזרעונים, ושניות מועטות לאחר מכן היתה אמורה להתפוצץ ביחד איתם על סיפון ספינת המטרה. ניסויים חוזרים ונשנים הוכיחו שהיונים בהחלט מסוגלות להנחות את הטילים, על-אף שעננים, גלים וצלליות יכלו להקשות עליהן בזיהוי המטרה.

במבט לאחור, ברור כי הצבא האמריקני עשה בחכמה כשהחליט להתמקד במערכות אלקטרוניות, מכיוון שמאז ועד היום לא נמצאו מערכות המסוגלות לנווט טילים באותה רמה של יעילות, מהירות ואמינות. לשיא יכולתה (הנוכחית) הגיעה האלקטרוניקה במלחמת המפרץ השנייה.

אם מלחמת העולם השנייה היתה אחת ממלחמות האוויר הראשונות, הרי שמלחמת המפרץ השנייה היתה אחת ממלחמות המידע הראשונות. המידע המודיעיני אודות מטרות חשודות הועבר מיידית למטוסים בשמי עיראק, ששיגרו טילים שיכלו להתביית על מטרה בדיוק של מטרים בודדים. בדרך זו, לא נשקפה סכנה לחייהם של חיילים אמריקנים, ומטרות רבות נוטרלו בלא כל סכנת חיים. אך לדיוק כזה יש מחיר, והוא מגיע בעלות הייצור של המערכות האלקטרוניות המשוכללות והעדינות שבראש הטיל. כדוגמא לכך, מחיר הייצור של טיל החץ, שנועד ליירוט טילים בליסטיים, עומד על כשלושה מליון דולר לטיל בודד. התעשיה האווירית אולי מרוויחה היטב מייצור החץ, אך סביר להניח שהמשקיעים היו מעדיפים פתרונות זולים יותר.

רובוט עם מוח ביולוגי

כיום, כאשר מחירי הטילים המתבייתים מרקיעים שחקים, מתחילים חלק מהמהנדסים – הצעירים, הנלהבים והמטורפים – לחזור לרעיון המקורי של שילוב הביולוגיה עם הטכנולוגיה. בתחום זה הגיעה אחת מפריצות הדרך המעניינות ביותר דווקא בדמותו של רובוט קטן בעל מוח ביולוגי.

רובוטים מסוג זה מיוצרים במספר מעבדות בעולם, ובמיוחד במעבדותיהם של קוין וורוויק מאוניברסיטת רידינג באנגליה וסטיב פוטר מהמכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה באטלנטה. הרובוט הודגם לראשונה לפני שנה, כשהוא ניחן במערכת בקרה המורכבת משלוש-מאות אלף תאי עצב של חולדה. התאים גדלים בצלחת פטרי בתוך אינקובאטור ויוצרים רשת עצבית ענפה זה עם זה ועם שמונים אלקטרודות הנמצאות בתחתית הצלחת.

כאשר מתקדם הרובוט בחדר, החיישנים המשמשים לו כעיניים מסוגלים לזהות מכשולים מלפנים, ולהעביר את המידע בצורת זרם חשמלי לאלקטרודות הבאות במגע עם רשת התאים. האלקטרודות מעבירות לתאים מסרים חשמליים, אותם הם מעבדים ברשת העצבית, ומגיבים בשחרור מסרים חשמליים משלהם. מסרים אלו נקלטים על-ידי האלקטרודות שהופכות אותם לסיגנל חשמלי הנשלח לרובוט בפרוטוקול בלו-טות', ומכתיב באופן שרירותי האם עליו להתקדם ימינה או שמאלה.

לאחרונה הצליחו החוקרים בתחום 'לאלף' חלק מתרביות הרקמה העצבית, והראו שהם מסוגלים לגרום לרקמה העצבית להגיב באופן צפוי לאותו הגירוי, במשך מספר שעות. סביר להניח כי ככל שיתקדם התחום, כך תוכל הרשת העצבית לעבד מידע מסובך יותר ולהחזיר את ההוראות הנכונות – ימינה, שמאלה, מעלה, מטה. כאשר נגיע למצב זה, יסגר מעגל: את היונה משנות הארבעים, יחליפו תאי העצב בתוך הטיל.

המאמר המקורי התפרסם בבלוג של רועי צזנה