דבורים חכמות, טילים טיפשים

"ציפורים עושות את זה, דבורים עושות את זה, אפילו פרעושים מלומדים עושים את זה. בואי נעשה את זה – בואי נתאהב" - כך כתב קול פורטר בשירו הידוע. עדיין איננו עוסקים בשאלה מתי יוכלו מחשבים להתאהב, אבל יש עוד הרבה דברים אחרים שציפורים ודבורים יכולות לעשות, ועדיין איננו יודעים איך ליצור מחשבים שיצליחו לעשותם.

יש גם יתרונות למחשבים על פני חיות: בימינו, תוכנות מחשב קוראות תגר על בני אדם בפעילויות כמו שחמט ואפילו - במידה מוגבלת - בפתרון בעיות במתמטיקה ובהנדסה. אנשים המצליחים בפעילויות כאלה נחשבים בדרך כלל כאינטליגנטיים, וודאי שאף חיה לא משחקת בשחמט, אפילו ברמה הנמוכה ביותר. לעומת זאת, בניגוד למחשבים ורובוטים שאנו יודעים לבנות כיום, חיות מסוגלות ללמוד את סביבתן ולנווט בתוכה ליעד ידוע מראש, תוך התמודדות עם קשיים ומחסומים בלתי-צפויים.

הרבה נכתב על יכולת הניווט של בעלי חיים. למשל, דבורים לא רק מקבלות הדרכה מדבורים אחרות באיזה כיוון ובאיזה מרחק נמצא מקור מזון (על ידי הריקוד המפורסם שגילה חתן פרס נובל קארל פון-פריש), אלא גם מסוגלות לעקוף מכשולים ולשמור על הכיוון הנכון.

חוקרי הדבורים ג'יימס וקרול גולד גילו דבר מפתיע אף יותר: הם הראו לדבורים צוף פרחים בסירה באמצע אגם. כשחזרו הדבורים לכוורת ו"הודיעו" לדבורים האחרות על מיקום הפרחים, אף לא דבורה אחת הגיעה לסירה. מכך נראה כי הדבורים משוות את ההוראות המתקבלות מהדבורה הסיירת למידע שכבר יש להן על סביבתן, כאילו הן אומרות: "יש אגם בכיוון הזה – לא יכול להיות שצומחים בו פרחים".

יש החולקים על המסקנה מניסוי זה, אך ידוע כי חרקים מסוגלים "למפות" את סביבתם – נמלי מדבר מסוג Cataglyphis, למשל, מנווטות על ידי צירוף של "אינטגרציית מסלול" (זכירת אורך וכיוון של כל קטע דרך) ושל זיהוי עצמים בולטים בסביבה. אלו הישגים מרשימים מאוד למוחות כל כך קטנים.

מחשבים (עדיין) לא עושים את זה

בהשוואה להישגים אלה, היכולות הטכנולוגיות שלנו אינן מרשימות במיוחד. טילי השיוט "טומהוק" של צי ארצות הברית קרובים לשיא הטכנולוגי האפשרי כיום. הם משלבים ניווט לווייני, ניווט אינרציאלי, זיהוי תבניות גובה קרקע וטופוגרפיה בדרך למטרה, והשוואת הסצינה הנראית במצלמה הדיגיטלית של הטיל עם צילום המטרה המתוכננת.

גם כך, הטילים ששימשו במלחמת המפרץ ב-1991 היו כנראה הרבה פחות מדויקים ממה שנאמר לציבור. אפילו עם הדגמים המשופרים של מלחמת המפרץ ב- 2003, נפלו כ-15 טילים (שלא התפוצצו) בטורקיה, אירן וסעודיה, ולפי מספר דיווחים גם בסוריה. אם נניח כי כל הטילים שנחתו בתוך עיראק פגעו במטרתם במדויק, אז נקבל מספר תקלות נמוך יחסית לשבע מאות הטילים ששוגרו, אבל הוא נחות מאוד בהשוואה לבעלי חיים: נניח כי הסיכוי לכשל הוא רק שני אחוזים לטיסה (הנחת העבודה של צי ארה"ב היא של עשרה אחוזים לכשל).

אם הטיל היה ציפור הטסה מהקן שלה למקור המזון ובחזרה - שתי "משימות" - הוא היה יכול להשלים בממוצע רק עשרים וחמישה מחזורים כאלה לפני תקלה חמורה או אף התרסקות. ברור כי השוואה זו אינה הוגנת בכמה היבטים, אך היא מעלה את השאלה מדוע בעלי חיים משיגים אמינות כל כך גבוהה יחסית לפלאי הטכנולוגיה המודרנית.

טילי שיוט, ציפורים והמאדים

לטיל השיוט, כמו לציפורים ודבורים, יש יתרון משמעותי על פני יצורים קרקעיים וכלי רכב קרקעיים: באוויר יש פחות מכשולים בלתי צפויים, יותר אפשרויות לעקיפת כל מכשול, ופחות מחסומים לראייה מרחוק של המטרה ושל ציוני דרך בנתיב אליה. לכן, לא מפתיע כי ההישגים בתחום כלי הרכב הקרקעיים העצמאיים מוגבלים אף יותר.

קיימים רובוטים עצמאיים המובילים חומרי גלם ותוצרים בתוך בתי חרושת, אך הם מוגבלים לנתיבים קשיחים ואינם יכולים לעקוף מכשולים. החברה הישראלית "פרנדלי רובוטיקס" מייצרת מכסחת דשא אוטומטית שיכולה לקצור מסביב למכשולים, לאורך קירות וכו', כאשר תחום הפעולה שלה מוגדר על ידי כבל המונח על הקרקע מסביב למדשאה.

ב-1997, שיגרה ארצות הברית למאדים את החללית פאתפיינדר (Pathfinder), שכללה רובוט ממונע, בשם סוג'ורנר (Sojourner). לפי סימולציות של נאס"א, אלגוריתם הניווט של סוג'ורנר היה זקוק בממוצע לנסיעה של כ-117 מטר כדי לעקוף את הסלעים בדרך למטרה שמרחקה האווירי הוא 25 מטר, אפילו בצפיפות סלעים שהיא רק חצי מצפיפות הסלעים באתר הנחיתה של פאתפיינדר. אלגוריתם משופר שפותח לאחר מכן הגיע ליעילות גדולה בהרבה: 45 מטר נסיעה בממוצע למטרות שמרחקן האווירי 40 מטר.

רעיונות שאפתניים בהרבה נמצאים בשלבים שונים של מחקר ופיתוח. דוגמאות מייצגות ניתן למצוא באתר הפרוייקטים הרובוטיים של נאס"א – רובוט סיור צבאי לסביבה עירונית המסוגל לנווט עצמאית, לנסוע בכביש ולטפס במדרגות; רובוטים לבנייה המסוגלים לתכנן ולבצע משימות בשיתוף פעולה; רובוטים לסיור בכוכבי לכת מרוחקים; ורובוטים העוזרים זה לזה לטפס על צוקים.

האתגר הגדול של DARPA

DARPA, רשות פרוייקטי המחקר המתקדמים של משרד ההגנה האמריקאי, מנסה לקדם את הטכנולוגיה על ידי הצבת אתגר טכנולוגי ששכר בצידו. תחרות "האתגר הגדול" של DARPA, שתתקיים ב-13 למרס 2004, מציעה מיליון דולר לבוני הרכב הראשון שיצליח לעבור מסלול של כ-400 ק"מ בין לוס אנג'לס ללאס וגאס בפחות מעשר שעות, בצורה עצמאית לחלוטין, ללא כל שליטה מרחוק.

המסלול עובר בדרכים באיכויות שונות וגם בשטחים פתוחים, וכולל מכשולים כמו מעברים מתחת ומעל לכבישים, מים, סלעים ותעלות. לכלי הרכב אסור לשנות את הסביבה (למשל על ידי הריסת מכשולים), לתקוף מתחרים, או לטוס באוויר. המארגנים מבטיחים כי המסלול, על כל המכשולים שבו, ניתן למעבר על ידי רכב 4X4 בגודל רגיל.

כללי התחרות דורשים מעבר במסלול מוגדר מראש עם "שוליים" ברוחב משתנה. מכיוון שכך, אפשר לשקול בניית רכב העוקב אחר המסלול תוך שימוש באמצעי איכון לווייני (GPS), וסביר שכל מתחרה ישתמש בטכנולוגיה זו. אך זה אינו פתרון מספיק: ראשית, הרכב יצטרך לסטות מהמסלול כדי לעקוף מכשולים, כל עוד אין הוא חוצה את השוליים. שנית, לפחות חלק מהשוליים יהיו צרים מדי מכדי שדיוק ה-GPS יוכל להבטיח הישארות בתוכם. בנוסף לכך, בחלק מהמסלול עשויות להיות בעיות בקליטת אות ה-GPS.

עצם תכנון וניהול תחרות כזו הוא אתגר לא קטן, כולל הגדרת אמצעי בטיחות ומנגנוני בקרה, וקביעת דרישות קשות אך לא קשות מדי. למעשה, הדרישות קשות מספיק עד כי ייתכן שאף קבוצה לא תצליח לזכות בפרס במועד שתוכנן. במקרה כזה, התחרות תשוב ותיערך מידי שנה, לפחות עד 2007.

עם זאת, הכללים משאירים פתחים לתכנונים מקוריים וייחודיים. אזור מיוחד באמצע המסלול יוקצה לשירות: כל מתחרה יוכל להציב שם רובוט שיוכל לתחזק את הרכב המתחרה, למשל על ידי תדלוק או החלפת חלקים, כל עוד הוא אינו מוסיף לרכב יותר מ- 25% ממשקלו ההתחלתי.

התקשורת היחידה שמותר לרכב המתחרה ליזום היא העברת הודעות לאותו רובוט תחזוקה. מותר לחבר לרכב בלון או עפיפון שיאפשרו לו לצפות למרחוק, אם כי תכנון כזה דורש פתרון למעבר מתחת לקווי מתח גבוה. כאמור, אסור לרכב לטוס, ואולם מותר לו לדלג.

כיצד ייראה הרכב המנצח?

קשה לנחש איך ייראה הרכב המנצח. אולי הוא יהיה בנוי כטנק – גדול, נמוך ובעל זחלים – כדי להבטיח עבירות מקסימלית וכדי לשאת עליו מספיק דלק או סוללות לנסיעה הארוכה – כאמור, מותר לתדלק או לטעון מחדש את הרכב באיזור השירות, באמצע המסלול. אולי הוא יישא תאים סולריים כדי לספק לעצמו חשמל. אולי הוא יוכל להחליף בין תנועה על גלגלים, המשמשים לנסיעה מהירה על כביש, לבין זחלים למעבר בשטחים קשים.

ואולי הפתרון הטוב ביותר הוא דווקא כלי רכב מיניאטורי שאינו זקוק להרבה אנרגיה, ושיכול לקפוץ מעל מכשולים. בכל מקרה, ברור כי יש צורך במגוון של חיישנים כדי לעזור בהתמצאות, לזהות את שולי המסלול, מכשולים אפשריים, כלי רכב אחרים (אסור להפריע להם) ועוד.

שיטת התחרות נושאת-הפרס כבר הוכיחה את עצמה בעבר במקרים רבים, כמו הפרס שהציע ריצ'רד פיינמן ב-1959 לפיתוח מנוע חשמלי בגודל של פחות מחצי מ"מ, והפרסים שהובילו לטיסה ממונעת בכח השרירים ולהצלחות הראשונות בשחמט ממוחשב. למעשה, מיליון דולר (לא פטורים ממס) אינו סכום גדול לפרוייקט הנדסי כל כך מורכב, והמארגנים אינם מבטיחים חוזים נוספים לזוכים בתחרות. סביר כי המתחרים יהיו מונעים יותר על ידי האתגר הטכנולוגי מאשר על ידי גודל הפרס.

DARPA הכריזה על התחרות במטרה לעודד טכנולוגיות של כלי רכב עצמאיים לשימושים צבאיים. עם זאת, גם האינטרנט צמח מטכנולוגיה שפותחה לצרכים צבאיים על ידי ARPA - שמה הקודם של DARPA. קשה אפילו לדמיין את האפקט על חיי היום-יום ועל החברה אם המכונות שלנו יהיו יותר עצמאיות: המהפכה עשויה להיות דומה בהיקפה למהפכת האינטרנט.