النشرة الإخبارية
Sed ut perspiciatis unde.
في الامتداد الشاسع للطبيعة، تأتي بعض الإلهامات الأكثر عمقًا من أصغر المخلوقات. الحشرات، التي غالبًا ما يتم تجاهلها نظرًا لصغر حجمها، هي في الواقع أعاجيب الملاحة والكفاءة. لقد أثارت قدرتهم على المناورة في بيئات معقدة بعقل لا يزيد حجمه عن رأس الدبوس اهتمام العلماء والمهندسين على حد سواء لفترة طويلة. تقود مهمة الكشف عن هذه الأسرار الفيزيائية إليزابيتا تشيكا، التي يعمل عملها الأخير على سد الفجوة بين الفهم البيولوجي والابتكار التكنولوجي.
شرعت تشيكا في رحلة لفك رموز كيفية تحقيق هذه المخلوقات الصغيرة لمثل هذه الأعمال الرائعة. لا يسلط عملها الضوء على ألغاز ملاحة الحشرات فحسب، بل يمهد الطريق أيضًا للتقدم في مجال الحوسبة والروبوتات الموفرة للطاقة.
فتح الملاحة الحشرات
تُظهر الحشرات، على الرغم من مواردها العصبية المحدودة، مهارات ملاحية مذهلة. إنهم يتجنبون العقبات بسهولة ويتحركون ببراعة عبر أصغر الفتحات، وهو إنجاز حير العلماء لسنوات. يكمن جوهر هذه القدرة في تصورهم الفريد للعالم.
تشرح تشيكا في بحثها أن أحد الجوانب الرئيسية لتنقل الحشرات هو كيفية إدراكها للحركة. إنها أشبه بتجربة الجلوس في القطار ومراقبة المناظر الطبيعية: يبدو أن الأشجار القريبة تتحرك بشكل أسرع من المنازل البعيدة. تستخدم الحشرات هذه السرعة التفاضلية للحركة لقياس المسافة والتنقل. تعمل هذه الطريقة البسيطة والفعالة بشكل جيد عند التحرك في خط مستقيم. ومع ذلك، فإن العالم الحقيقي نادراً ما يكون بهذه البساطة.
تتكيف الحشرات مع تعقيدات بيئتها من خلال تبسيط سلوكها. عادةً ما يطيرون في خط مستقيم، ثم يستديرون، ثم يتقدمون في خط مستقيم آخر. تكشف ملاحظات تشيكا عن درس مهم: يمكن موازنة القيود المفروضة على الموارد من خلال التعديلات السلوكية.
الرحلة من الرؤى البيولوجية إلى التطبيقات الآلية هي قصة تعاون متعدد التخصصات. قام ثوربن شويبي، وهو طالب دكتوراه تحت إشراف تشيكا، بتطوير نموذج يحاكي النشاط العصبي للحشرات، والذي تمت ترجمته بعد ذلك إلى روبوت صغير ملاّح.
كان هذا الروبوت، الذي يجسد مبادئ الملاحة الحشرية، نتاجًا للتعاون الوثيق مع مارتن إيجلهاف، عالم الأحياء العصبية الشهير من جامعة بيليفيلد. كانت خبرة إيجلهاف في فهم المبادئ الحسابية للحشرات حاسمة في تطوير نموذج يحاكي بدقة استراتيجياتها الملاحية.
مآثر الروبوت الملاحية
إن الشهادة الحقيقية لأي نموذج علمي تكمن في تطبيقه العملي. وفي حالة بحث تشيكا، أظهر النظير الآلي لدماغ الحشرة قدراته في سلسلة من الاختبارات المعقدة. وكان أكثر ما يلفت النظر هو تنقل الروبوت عبر الممر الذي زينت جدرانه بطبعة عشوائية. كان هذا الإعداد، المصمم لتقليد المحفزات البصرية المتنوعة التي تواجهها الحشرات، بمثابة مسار صعب لأي نظام ملاحي.
أظهر الروبوت، المجهز بنموذج Thorben Schoepe، قدرة خارقة على الحفاظ على مسار مركزي في الممر، وهو سلوك مشابه بشكل ملحوظ لسلوك الحشرات. تم تحقيق ذلك من خلال التوجيه نحو المناطق ذات الحركة الأقل وضوحًا، ومحاكاة الإستراتيجية الطبيعية للحشرة لقياس المسافة والاتجاه. كان نجاح الروبوت في هذه البيئة بمثابة التحقق من صحة النموذج.
خارج الممر، تم اختبار الروبوت في بيئات افتراضية مختلفة، كل منها يقدم مجموعة التحديات الخاصة به. سواء كان يتنقل حول العوائق أو يجد طريقه عبر فتحات صغيرة، أظهر الروبوت قدرة على التكيف وكفاءة تذكرنا بنظرائه البيولوجيين. وخلص تشيكا إلى أن قدرة النموذج على الأداء بشكل متسق عبر إعدادات مختلفة لم تكن مجرد عرض للبراعة التقنية، بل كانت انعكاسًا للكفاءة الأساسية وتعدد الاستخدامات في التنقل بين الحشرات.
روبوت Thorben Schoepe في ممر به طباعة عشوائية. الصورة ليوني فون ريستوك
الكفاءة في الروبوتات: نموذج جديد
لقد سيطرت على عالم الروبوتات منذ فترة طويلة أنظمة تتعلم وتتكيف من خلال البرمجة المكثفة ومعالجة البيانات. وعلى الرغم من فعالية هذا النهج، فإنه غالبًا ما يتطلب موارد وطاقة حسابية كبيرة. تقدم أبحاث Chicca نقلة نوعية، مستوحاة من العالم الطبيعي حيث الكفاءة هي المفتاح.
وكما يشير تشيكا، تولد الحشرات بقدرة فطرية على التنقل بكفاءة منذ البداية، دون الحاجة إلى التعلم أو البرمجة المكثفة. وتتناقض هذه الكفاءة “المتماسكة” بشكل صارخ مع النهج التقليدي في مجال الروبوتات. ومن خلال محاكاة هذه المبادئ البيولوجية، يمكن للروبوتات تحقيق مستوى من الكفاءة لا يمكن تحقيقه حاليًا بالطرق التقليدية.
تتصور تشيكا مستقبلًا لا تقتصر فيه الروبوتات على التعلم والتكيف فحسب، بل تتعلق أيضًا بالكفاءة الفطرية. يمكن أن يؤدي هذا النهج إلى تطوير روبوتات أصغر حجمًا، وتستخدم طاقة أقل، وأكثر ملاءمة لمجموعة متنوعة من البيئات. إنه منظور يتحدى الوضع الراهن ويفتح إمكانيات جديدة في تصميم وتطبيق الأنظمة الآلية.
يمكنك قراءة البحث كاملا هنا.
اكتشاف المزيد من موقع علم
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
