רובוטים עדיפים על בעלי החיים בתכונות שקשורות לריצה – ובכל זאת בני האדם רצים מהר יותר. סקירה חדשה ניסתה למצוא הסבר לכך
יש רובוטים מכניים שמתעלים על בעלי החיים כמעט בכל אחד מהמדדים שהכרחיים לריצה. בכל זאת, בעלי החיים עדיין משאירים אבק לרובוטים בתחרויות ריצה – גם לרובוטים שעוצבו במיוחד למטרה הזאת. סקירה רחבה של רובוטים שעוצבו במטרה לרוץ בדקה כיצד רובוטים שמתעלים על בעלי חיים בשלל מדדים חיוניים, בכל זאת מפסידים בפער ניכר בתחרות הריצה.
רץ מוצלח צריך לעבור באופן עצמאי את המרחק הנדרש. עליו להיות זריז וגמיש מספיק כדי לצלוח את המשטחים שסביבו, ולשמר את הזריזות והגמישות גם כשיש שינויים במצבו או בתנאי הסביבה. כבר לפני כעשור, רובוטים שעוצבו במיוחד לריצה למרחקים ארוכים צלחו מרחקים של יותר מ-130 קילומטרים בעזרת הסוללה שברשותם, אבל הם נעו במהירות של כשלושה קמ"ש בלבד והמירו אנרגיה ביעילות נמוכה באופן משמעותי מכפי שעושה האדם. בנוסף, הביצועים האלה נמדדו רק באולמות תחרות סגורים ועל פני משטחים חלקים, בלי שום הפרעה בדרך.
לזריזות ולגמישות יש כמה מדדים, למשל מהירות הריצה, גובה הקפיצה ומהירות הסיבוב וההיפוך. רובוטים שנבנים כדי לרוץ מהר מתחילים להתקרב למהירות הריצה הממוצעת של האדם, אולם נשארים הרבה מאחורי שיאי המהירות של עולם החי. ככל שתנאי השטח מסתבכים, פער המהירות בין הרובוטים לבעלי החיים גדל. בנוסף, בני אדם וחיות קופצים, פונים ומגיבים לשינויים בצורה יעילה יותר מהרובוטים.
פרסום
עולם החי עמיד בהרבה מהרובוטים. חיות ובני אדם יכולים להמשיך לנוע כשהם פצועים ובדרך מלאה מהמורות, אך הרובוטים רגישים הרבה יותר לפגמים במבנה שלהם או להפרעות בדרך. כותבי הסקירה מסכמים בקביעה שעולם החי בנוי הרבה יותר טוב לריצה.
קאסי, רובוט במבנה של פלג גוף תחתון של יען, בריצה על מגרש מרוצים חלק ופנוי. היא שברה שיאים של רובוטים אבל היא רחוקה מהשיאים של עולם החי. בינתיים.
יש חלקי חילוף
אם מפרקים את תהליך הריצה למרכיביו, נראה שלעולם ההנדסי יש יתרון כמעט בכל נדבך. ספק הכוח המיטבי לריצה אוגר אנרגיה רבה ומעביר אותה לשאר חלקי המערכת בצורה יעילה. אומנם, מנגנונים ביולוגיים יכולים לאגור יותר אנרגיה ביחס למשקל הדלק לעומת המנגנונים ההנדסיים בזכות מנגנונים יעילים יותר של יצירת אנרגיה, אך סוללות מעבירות אנרגיה מהר יותר מכפי שעושה זאת המערכת הביולוגית. כמו כן סוללות ומכלי דלק יכולים להתחדש ולהתמלא מהר יותר ממערכות ביולוגיות. הכותבים טוענים שתהליך אספקת האנרגיה של המערכות ההנדסיות יכול להתעלות על התהליך המקביל במערכות האנושיות.
כדי להתאים לריצה, שלדה צריכה להיות קלה ועמידה בו זמנית. סיבי פחמן שנמצאים בשימושים הנדסיים הם גמישים ומסוגלים לשאת כיפופים משמעותיים, לעמוד במאמצים גדולים לפני שיופיעו בהם שברים, ולהיות בסיס לשלד שיהיה עמיד יותר משלד ביולוגי. המדדים האלה תקפים עד לפגיעה משמעותית, מכיוון שבניגוד לגוף חי, סיבי הפחמן לא יכולים להשתקם מנזק משמעותי.
מנגנון ההנעה של מנועים מכניים יכול להתעלות על שריר חי. מנועים חשמליים משתמשים במומנט כוח על מנת לסובב את ציר המנוע ולייצר תנועה. מומנט כוח הוא כוח שמופעל במרחק ממרכז העצם וגורם לסיבוב שלו, למשל הכוח שנפעיל על זרוע מפתח הברגים כדי להבריג את הבורג בתנועה סיבובית. מנועים חשמליים מסוגלים לייצר מומנט כוח גדול יותר בזמן קצר, דבר שימושי לשינויי כיוון חדים במהלך הריצה. המנוע מייצר גם כוח רב יותר ביחס למשקל שלו, בהשוואה לכוח שמייצרת מערכת ביולוגית.
מערכות קליטה וחישה אחראיות להעביר מידע מהסביבה ומהגוף אל יחידות הבקרה שמקבלות החלטות בהתאם לצורך. למערכות קליטה וחישה מכניות יש רגישות וטווח קליטה דומים לאלה של מערכות ביולוגיות, אולם מערכות ביולוגיות משלבות טוב יותר בין קלטים שונים. מערכת הבקרה מפיצה פקודות לפעולות שיאפשרו תנועה. מערכות בקרה אלקטרוניות יכולות להעביר מידע רב יותר בזמן קצר יותר מאשר תאי העצב, וגם מקצרות את זמן ההשהיה שעובר בין פקודה לפעולה.
שילוב המרכיבים הטובים ביותר ברובוט אידיאלי מחייב פשרות שמובילות לנחיתות בריצה. רובוט מפורק לחלקים | Sarah Holmlund, Shutterstock
נולד כדי לרוץ
בכל אחת מתת-המערכות שמרכיבות את הרץ, היכולות של המערכות ההנדסיות והמכניות מתקרבות אל היכולות של עולם החי ובחלקן אף עולות עליהן. הכותבים מדגישים שהפער הניכר בין הרובוטים הרצים לבין בעלי החיים לא נמצא באף חלק בנפרד. אם נשלב את המרכיבים הטובים ביותר לרובוט האידיאלי, הוא עדיין לא ישיג את בעל החיים, כי האתגר ביצירת הרובוט השלם הוא מורכב יותר מחיבור החלקים הנפרדים.
לכל אחד מהחלקים בפני עצמו יש יכולת דומה לזו של עולם החי, אבל השילוב ביניהם כולל שקלול תמורות ופשרות, ובזה עולם החי מצטיין יותר מהעולם המכני. מנגנונים מכניים שכל אחד מהם מצוין בתפקוד שלו, באים זה על חשבון זה כשהם משולבים, ופוגעים ביכולות העצמאיות של כל אחד בנפרד. מהנדסים מצליחים לבנות רובוטים יעודיים שמתעלים על בני האדם במשימות ספציפיות, אבל מתברר שריצה היא משימה מורכבת במיוחד, שמחייבת שילוב של מגוון יכולות והגעה לאיזון ביניהן.
מאחורי עולם החי עומדות מיליוני שנות אבולוציה שיִיעלו ושיפרו את תהליכי החיים. עולם החי נועד לבצע שלל פעולות מורכבות לצד ריצה, ובכל זאת, גם רובוטים שמתוכננים במיוחד לרוץ, ושלא מוטלת עליהן אף משימה אחרת מלבד ריצה, נשארים בתחום הזה מאחור – לעת עתה.
https://davidson.weizmann.ac.il/
פרסום
קרדיט : מאת טל סוקולוב , באדיבות מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע.
https://davidson.weizmann.ac.il/online/sciencenews/%D7%AA%D7%A4%D7%95%D7%A1-%D7%90%D7%95%D7%AA%D7%99-%D7%90%D7%9D-%D7%AA%D7%95%D7%9B%D7%9C-%D7%A8%D7%95%D7%91%D7%95%D7%98
