מוחות דבורים מעצבים את הדור הבא של שבבי המחשב, ומנחים מאמצים ליצור מכשירים זעירים בעלי צריכת אנרגיה נמוכה שעשויים לחולל מהפכה ברובוטיקה ומעקב סביבתי.
- מוחות דבורים מעצבים את הדור הבא של שבבי המחשב, ומנחים מאמצים ליצור מכשירים זעירים בעלי צריכת אנרגיה נמוכה שעשויים לחולל מהפכה ברובוטיקה ומעקב סביבתי.
- “השבב שלנו יכול לבצע רק משימה אחת,” מציין מיקלסן, “אבל הוא עושה זאת ביעילות אנרגטית גבוהה ובגודל זעיר. זו אסטרטגיה שונה לחלוטין משבבי מחשב אחרים.”
כאשר דבורה עוזבת את הקן שלה, היא מחזיקה במערכת מולדת שפועלת בדומה ל-GPS, ומאפשרת לה לנווט בדיוק מרשים. על ידי ניתוח דפוסים בשמיים ומהירות טיסה, דבורה יכולה לקבוע את מיקומה ולמצוא את דרכה הביתה בבטחה. חוקרים מבקשים כעת להיעזר בכישורי הניווט הטבעיים הללו כדי לחדש בעיצוב שבבי מחשב.
הפרופסור אנדרס מיקלסן מאוניברסיטת לונד בשוודיה, החבר ביוזמה הממומנת על ידי האיחוד האירופי InsectNeuroNano, מדגיש את היעילות של הדבורים בניווט, ואומר, “דבורה מוצאת את דרכה חזרה ללא סמארטפון או ניווט לווייני. הן עושות זאת על ידי הסתכלות על פולריזציית השמיים ומהירותן. על בסיס זה הן לא הולכות לאיבוד.”
המטרה של מיקלסן וצוותו היא לשכפל את מערכת הניווט הפנימית של הדבורה על שבב מחשב. שבבים קיימים יכולים לחקות כיצד דבורים נעות, אך הם הרבה פחות יעילים. “אם תיקח שבב קל משקל, הוא ישקול בקלות יותר מ-80 גרם ויצרוך יותר מ-7 וואט,” הוא מסביר. “דבורה שוקלת פחות מגרם אחד וצריכת החשמל למוחה פחות מאחת ממאה וואט. דמיין אם היית יכול ליצור שבב כל כך יעיל.”
פרויקט שאפתני זה כולל שיתוף פעולה בין חוקרים ממספר מדינות אירופיות, עם המטרה ליצור שבב בהשראת חרקים שיכול למקם את עצמו. מכשיר כזה יכול לשמש למגוון רחב של יישומים, מחיישנים סביבתיים זולים ועד לוזות זעירות שיכולות לסייע במשימות אקולוגיות.
“אפשר ליצור רובוטים קטנים בגודל חרקים עם זה,” מוסיף מיקלסן. “זה יהיה כמו להיות עם מאורת דבורים, אבל אתה תוכל להורות להם מה לעשות. לדוגמה, תוכל להשתמש ברובוטים הקטנים האלה לניקוי זיהום, בניית מבנה או הפריה מלאכותית של שדה.”
בעוד ששבבי מחשב מסורתיים מתוכננים להיות רב-תכליתיים, מטפלים במשימות רבות, משליחת אימיילים ועד להרצת משחקי וידאו, שבב InsectNeuroNano מתמחה במטרה אחת. הוא משתמש באותות אור ומהירות כדי לקבוע את מיקומו, מחקה את יעילות מוחו של חרק שהתפתח לנווט.
“השבב שלנו יכול לבצע רק משימה אחת,” מציין מיקלסן, “אבל הוא עושה זאת ביעילות אנרגטית גבוהה ובגודל זעיר. זו אסטרטגיה שונה לחלוטין משבבי מחשב אחרים.”
צוות המחקר כולל גם ביולוגים ומהנדסים המתעניינים בללמוד מהמוח המורכב של החרקים. הפרופסור אליזבטה צ'יקה מאוניברסיטת גרונינגן בהולנד, המתמקדת במעגלים ביונווירוניים, מצביעה, “עבור בעיות מסוימות, הטבע כבר מצא פתרון שהוא קומפקטי, חסכוני באנרגיה ויעיל. מוחות חרקים מציעים פתרון כזה.”
עבודתה של צ'יקה כוללת יצירת מודלים וירטואליים של השבבים, משימה מאתגרת בהתחשב בכך שמוחי החרקים עדיין נחשבים למסתוריים במידה מסוימת. “צריך להעלות השערות על אופן פעולתם כדי שתוכל לתרגם זאת לשבבים,” היא מסבירה.
גישה בין-תחומית זו מועילה לשני הצדדים; הביולוגים מקבלים תובנות מההנדסאים, והמהנדסים לומדים על תפקודי מוח החרקים. “אנחנו לומדים מהביולוגים,” אומרת צ'יקה. “אבל גם הביולוגים לומדים מאיתנו. זה נפלא לראות זאת.”
היוזמה דוחפת את גבולות טכנולוגיית השבבים, עוזבת את המודל המסורתי שבו אותות חשמליים עוברים דרך חוטים. במקום זאת, צוות InsectNeuroNano משתמש במעגלים ננו-פוטוניים, המובילים אור דרך מבנים זעירים על השבב, ומגבירים את יעילות האנרגיה ויכולות שידור המידע. מיקלסן מדגיש, “אפשר לשלוח יותר נתונים עם אור בצורה יעילה יותר אנרגטית. גם החיישן שלנו מגיב לאור, אז אנחנו משתמשים באור כדי לחוש ולחשוב, וזה מפשט את הדברים.”
אף שהחוקרים פיתחו בהצלחה אבטיפוס של שבב המחקה פונקציות של מוח חרקים, הם מכירים בכך שייקח כעשור עד שהטכנולוגיה הזו תתממש ביישומים יומיומיים. מיקלסן מדגיש את המורכבות שביצירת שבבים קטנים כאלה עם עקרונות עיצוב חדשניים כמו מחשוב ננו-פוטוני.
“יש עוד הרבה צעדים שעלינו לנקוט לפני שיהיה לנו דבורה רובוטית מעופפת,” הוא מודה. “אבל עשינו קפיצה אדירה בפרויקט הזה. עברנו מקונספט תיאורטי למשהו שמונח על שולחן מעבדה ומחקה מוחי חרקים.”
כשהצוות ממשיך לשפר את עבודתו, הם אופטימיים לגבי הפוטנציאל של רובוטים בגודל חרקים שיום אחד ינווטו בסביבתם באמצעות אותן מיומנויות כמו דבורים אמיתיות. “עכשיו עלינו להרכיב מערכת שלמה,” מסכם מיקלסן. “אנחנו צריכים להרחיב את כל מה שלמדנו במעבדה. הצעדים הראשונים הושלמו – ועכשיו ההתקדמות האמיתית יכולה להתחיל.”
