בשנת 2018 נלכדה קבוצת נערים במערה בצפון תאילנד שנחסמה והוצפה בעקבות גשמים עזים. צוותים גדולים של צוללים חיפשו אותם במשך שבוע וחצי עד שהצליחו להגיע אליהם, ואחד המחלצים אף נהרג במהלך המבצע להוציאם. מבצע החילוץ עורר את תשומת הלב של התקשורת העולמית, אבל זה כמובן לא היה המקרה היחיד שבו אנשים נתקעו מבודדים בשל הצפות. רק לפני חודשיים נלכדו כמה מחפשי זהב במערה שהוצפה בלאוס, וגם הם אותרו וחולצו במבצע מורכב. ייתכן שכבר בעתיד הנראה לעין איתור לכודים כאלה יוכל להיות מהיר ובטיחותי הרבה יותר, בעזרת תיקני סייבורג צוללים.
גלריה
יכולים לתפקד שלוש שעות בלי חמצן. תיקן עם חליפת הצלילה וצינורות החמצן מחוברים לפתחי הנשימה שלו
(צילום: האוניברסיטה הטכנולוגית של סינגפור, NTU)
הכלאה בין חרק לרובוט
חרקי סייבורג הם כבר לא מדע בדיוני. סייבורג, הלחם של המילים סייבר ואורגניזם - כלומר יצורים קיברנטיים, הם בעלי חיים שמערכת העצבים שלהם מחוברת למחשב זעיר. הוא שולט בחלק מהפעולות שלהם, ומאפשר לנצל את העבירות והעמידות שלהם כדי להגיע למקומות קשים. הטכנולוגיה מתפתחת במהירות, ובשנה שעברה השתתפו תיקני סייבורג ראשונים, מצוידים במצלמות ובחיישנים, בחיפוש אחר ניצולים בעקבות רעידת אדמה חזקה במיאנמר.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
פְּלֵיי דֵייט של אורנגאוטנים
הניסוי המוצלח של סטארשיפ
מי הוא ג’ימותי, הדביבון העגלגל שהפך למפורסם?
לפני שבועות אחדים שוב נעשה שימוש בתיקנים כאלה בחיפוש ניצולים אחרי רעידת האדמה החזקה בוונצואלה. זה עדיין לא קורה בקנה מידה רחב, אבל עם ההתפתחויות החדשות במיזעור טכנולוגיות, יחד עם בינה מלאכותית שמאפשרת לעבד ולנהל מידע רב, אפשר בקלות לייצר המוני חרקים כאלה, ולשלוח אותם לחיפוש בהריסות בתים שנהרסו ברעידת אדמה, או בזירות אסון אחרות. חרקי סייבורגיכולים גם לסייע בחקלאות, בניטור סביבתי, בריגול ועוד.
הסבר על התיקן
(צילום: האוניברסיטה הטכנולוגית של סינגפור, NTU)
הרעיון מאחורי בעלי חיים קיברנטיים הוא ששבב מחשב מאפשר לשלוט בפעולות מסוימות שלהם, ולנצל את היכולת הטבעית שלהם לבצע פעולות אחרות. למשל, המפעיל יכול להכתיב למוח החרק להיכן הוא צריך להגיע, אבל לתת לו לבחור בעצמו את הדרך לשם, ולהחליט איך הוא מתמודד עם מעבר מכשולים בעזרת יכולות שפותחו ולוטשו במאות מיליוני שנות אבולוציה. זה היתרון של יצורי סייבורג חיים על פני רובוטים מלאכותיים, שאולי עמידים יותר לתנאי סביבה קשים, אבל ביצועיהם ויכולותיהם עדיין רחוקים מאלה של בעלי חיים. 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.
רבים מחרקי הסייבורג הם תיקנים, שנבחרו גם משום שהם בין החרקים הגדולים יותר, ומסוגלים לשאת משקל גדול יחסית, וגם בזכות יכולתם להסתנן דרך פתחים צרים ולשרוד גם בתנאים קשים.
(מתפקדים היטב מתחת למים. תיקן הסייבורג הצולל בפעולה)
למשל, תיקנים עמידים לקרינה יותר מבני אדם, מה שהוליד את המיתוס שהם יכולים לשרוד הפצצה גרעינית. במקרה של תאונה בתחנת כוח גרעינית למשל, יהיה אפשר לשלוח תיקני סייבורג למפות את האתר ולחפש ניצולים, ובעזרת המידע שלהם לתעדף את פעולות החילוץ ולדעת אם אפשר להכניס מחלצים בני אנוש, ואיזה מיגון דרוש להם.
מערכת קטנה לפעילות ממושכת
הטכנולוגיה הזו כבר נמצאת בהישג יד, וכאמור אף נעשה בה שימוש ראשוני לאחר רעידות אדמה. אבל אחת המגבלות של תיקנים היא שכמו שאר בעלי החיים הם צורכים חמצן, וכמו רוב בעלי החיים היבשתיים הם מסוגלים לקבל את החמצן מהאוויר בלבד, ולכן אינם יכולים לפעול זמן ממושך מתחת למים. עם האתגר הזה החליט להתמודד צוות חוקרים מהאוניברסיטה הטכנולוגית של נניאנג בסינגפור, NTU, שגם פיתחו את תיקני הסייבורג שנשלחו לחפש ניצולים ברעש במיאנמר. החוקרים, בהובלת הירוטאקה סאטו (Sato), פיתחו חליפת צלילה עם מערכת לאספקת חמצן, שמאפשרת לתיקן סייבורג לשהות עד שלוש שעות מתחת לפני המים.
כך התיקן יכול לפעול מתחת למים
(צילום: האוניברסיטה הטכנולוגית של סינגפור, NTU)
בניגוד אלינו, חרקים לא נושמים דרך הפה, ואין להם מערכת נשימה סגורה. האוויר נכנס לגופם דרך שורת פתחים בצדי הגוף, שכל אחד מהם נקרא סְפִּירָקוּלוּם (Spiraculum). מהפתח נמשך לתוך גוף החרק צינור שמסתעף בהמשך לצינורות דקים יותר ויותר, עד שהם דקים מספיק לחילופי גזים עם התאים – הם מעבירים להם חמצן ומוציאים החוצה פחמן דו-חמצני. לחרקים אין נשימה פעילה, וכל הזרמת הגזים נעשית בדיפוזיה – זרימה טבעית שלהם מריכוז גבוה לריכוז נמוך יותר. כדי להבטיח אספקת חמצן לתיקן, הדפיסו החוקרים בתלת ממד מעין חליפה מפלסטיק, שמתחברת בארבעה צינורות דקיקים לארבעה מפתחי הנשימה בצידי החזה של התיקן.
לדברי החוקרים, אפשר לשלוף את הצינורות בלי לגרום לתיקן כאב או נזק. מערכת ייצור החמצן כוללת שכבת ספוג טבולה במנגן דו-חמצני (MnO2), המשמש זרז בפירוק מי חמצן (H2O2) לחמצן (O2) ומים (H2O). כדי להתחיל את ייצור החמצן הזריקו החוקרים כמה טיפות של מי חמצן למיכל, ואטמו את חור ההזרקה בהבזק קצר של קרינה על-סגולה. “האתגר ההנדסי העיקרי היה לבנות מערכת קטנה, קלה וגמישה מספיק שהחרק יוכל ללבוש, ועדיין תייצר די חמצן לפעילות תת-מימית ממושכת”, אמר שינג’ירו אומזו (Umezu) מאוניברסיטת ווסאדה ביפן, שהיה שותף לפיתוח.
לוחשים בלי חמצן
במחקר הנוכחי, כמו במחקרים קודמים, השתמשו החוקרים מסינגפור בתיקן מדגסקרי לוחש (Gromphadorhina portentosa). אלה תיקנים גדולים, ולכן יכולים להתמודד עם תוספת המשקל של המחשב וחליפת הצלילה, וגם חסרי כנפיים – מה שמאפשר להתקין בנוחות את הציוד על גבם. עם מערכת החמצן התיקנים הפכו למעשה ליצורים אמפיביים, שיכולים לפעול גם במים וגם ביבשה. מכיוון שתיקנים צפים היטב בזכות משקלם הקל והמעטה השומני של גופם (כמו שיודע כל מי שניסה להדיח תיקן באסלה), החוקרים הוסיפו משקולת מתכת של חמישה גרם לחליפת הצלילה, כך שהתיקן יוכל להמשיך לצעוד על הקרקעית גם כשהוא בתוך המים.
(תיקנים רובוטיים אמפיביים. סרטון של NYU על המחקר החדש)
במאמר בכתב העת Nature Communications החוקרים דיווחו כי תיקני הסייבורג הצליחו לתפקד עד שלוש שעות מתחת למים, וביצעו מטלות כמו מעבר דרך מנהרה מפותלת צרה, או עלייה וירידה בשיפועים של עד 30 מעלות. ביצועי התיקנים נבחנו לא רק במים, אלא גם במיכל שהכיל רק פחמן דו חמצני (CO2), בלי חמצן, וגם בו הם תפקדו היטב.
תיקני סייבורג שפועלים בסביבה דלת חמצן יכולים לשמש לא רק לאיתור נפגעים באזורי אסון, אלא לשלל עבודות אחרות, כמו ניטור שוטף של צנרת מים וביוב, וחיפוש אחר סתימות או דליפות. החוקרים מציינים במאמר כי ההצלחה עם התיקנים האלה תאפשר לפתח מערכות דומות עבור עוד חרקי סייבורג שיוכלו לפעול בסביבות עניות בחמצן, כמו תיקנים אחרים, חיפושיות וחגבים. זה כמובן ידרוש התאמות למבנה האנטומי שלהם, לגודלם ולתפקודים אחרים, כמו תעופה.
“אתרי אסונות יכולים להיות סביבה מאתגרת מאוד אחרי שטפונות או הצפות, כשנתיבי הגישה לאתר מוצפים או חסומים בשברים ופסולת”, אמר ראש צוות המחקר, הירוטאקה סאטו (Sato) מה-NTU. “אנו סבורים כי הרחבת היכולת של תיקני הסייבורג שלנו לפעילות גם מתחת לפני המים, תאפשר לשפר ולשדרג באמצעותם מאמצי חילוץ והצלה”.
איתי נבו, כמון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
