Imitimi i trurit të insekteve: Një hap përpara në robotikën efikase

Në hapësirën e madhe të natyrës, disa nga frymëzimet më të thella vijnë nga krijesat më të vogla. Insektet, shpesh të anashkaluara për shkak të madhësisë së tyre të vogël, janë në fakt mrekulli lundrimi dhe efikasiteti. Aftësia e tyre për të manovruar nëpër mjedise komplekse me një tru jo më të madh se një kokë gjilpëre ka intriguar prej kohësh shkencëtarët dhe inxhinierët. Kryesuesja në zbulimin e këtyre sekreteve është fizikantja Elisabetta Chicca, e cila puna e fundit lidh hendekun midis të kuptuarit biologjik dhe inovacionit teknologjik.

Chicca ka nisur një udhëtim për të deshifruar se si këto krijesa të vogla arrijnë arritje të tilla të jashtëzakonshme. Puna e saj jo vetëm që hedh dritë mbi misteret e lundrimit të insekteve, por gjithashtu hap rrugën për përparime në informatikë dhe robotikë me efikasitet energjie.

Zhbllokimi i navigimit të insekteve

Insektet, pavarësisht burimeve të tyre të kufizuara nervore, shfaqin aftësi të mahnitshme lundrimi. Ata shmangin pa mundim pengesat dhe lëvizin me mjeshtëri nëpër hapjet më të vogla, një arritje që i ka habitur shkencëtarët për vite me radhë. Thelbi i kësaj aftësie qëndron në perceptimin e tyre unik të botës.

Chicca shpjegon në kërkimin e saj se një aspekt kyç i lundrimit të insekteve është se si ata e perceptojnë lëvizjen. Është e ngjashme me përvojën e uljes në një tren dhe vëzhgimit të peizazhit: pemët afër duket se lëvizin më shpejt se shtëpitë e largëta. Insektet përdorin këtë shpejtësi diferenciale të lëvizjes për të matur distancën dhe për të lundruar. Kjo metodë e thjeshtë por efektive funksionon mirë kur lëvizni në një vijë të drejtë. Megjithatë, bota reale është rrallë kaq e drejtpërdrejtë.

Insektet përshtaten me kompleksitetin e mjedisit të tyre duke thjeshtuar sjelljen e tyre. Ata zakonisht fluturojnë në një vijë të drejtë, bëjnë një kthesë dhe më pas vazhdojnë në një vijë tjetër të drejtë. Vëzhgimet e Chicca zbulojnë një mësim të rëndësishëm: kufizimet në burime mund të kundërbalancohen nga rregullimet e sjelljes.

Udhëtimi nga njohuritë biologjike në aplikimet robotike është një përrallë e bashkëpunimit ndërdisiplinor. Thorben Schoepe, një student i doktoraturës nën mbikëqyrjen e Chicca-s, zhvilloi një model që imitonte aktivitetin neuronal të insekteve, i cili më pas u përkthye në një robot të vogël lundrues.

Ky robot, që mishëron parimet e lundrimit të insekteve, ishte një produkt i bashkëpunimit të ngushtë me Martin Egelhaaf, një neurobiolog i njohur nga Universiteti Bielefeld. Ekspertiza e Egelhaaf në të kuptuarit e parimeve llogaritëse të insekteve ishte thelbësore në zhvillimin e një modeli që imitonte me saktësi strategjitë e tyre të lundrimit.

Bëjet lundruese të robotit

Testamenti i vërtetë i çdo modeli shkencor qëndron në zbatimin e tij praktik. Në rastin e kërkimit të Chicca-s, homologu robotik i trurit të një insekti shfaqi aftësitë e tij në një seri testesh komplekse. Më e habitshmja prej tyre ishte lundrimi i robotit nëpër një korridor, me muret e tij të zbukuruara me një printim të rastësishëm. Ky organizim, i krijuar për të imituar stimujt e ndryshëm vizualë me të cilët përballet një insekt, ishte një kurs sfidues për çdo sistem navigimi.

Roboti, i pajisur me modelin e Thorben Schoepe, demonstroi një aftësi të çuditshme për të mbajtur një shteg qendror në korridor, një sjellje jashtëzakonisht e ngjashme me atë të insekteve. Kjo u arrit duke u drejtuar drejt zonave me lëvizjen më pak të dukshme, duke imituar strategjinë natyrore të insektit për të matur distancën dhe drejtimin. Suksesi i robotit në këtë mjedis ishte një vërtetim bindës i modelit.

Përtej korridorit, roboti u testua në mjedise të ndryshme virtuale, ku secili paraqet grupin e vet të sfidave. Qoftë duke lundruar rreth pengesave ose duke gjetur rrugën e tij nëpër hapje të vogla, roboti shfaqi një përshtatshmëri dhe efikasitet që të kujtonte homologët e tij biologjikë. Chicca arriti në përfundimin se aftësia e modelit për të performuar në mënyrë të qëndrueshme në mjedise të ndryshme nuk ishte vetëm një demonstrim i aftësisë teknike, por një pasqyrim i efikasitetit dhe shkathtësisë themelore të lundrimit të insekteve.

Roboti i Thorben Schoepe në një korridor me printime të rastësishme. Foto Leoni von Ristok

Efikasiteti në Robotikë: Një Paradigmë e Re

Bota e robotikës ka qenë prej kohësh e dominuar nga sisteme që mësojnë dhe përshtaten përmes programimit të gjerë dhe përpunimit të të dhënave. Kjo qasje, megjithëse efektive, shpesh kërkon burime dhe energji të konsiderueshme llogaritëse. Hulumtimi i Chicca-s prezanton një ndryshim paradigme, duke tërhequr frymëzim nga bota natyrore ku efikasiteti është çelësi.

Insektet, të cilat kanë qenë a fokusi i robotikës për një kohë të gjatë, kanë lindur me një aftësi të lindur për të lundruar në mënyrë efikase që nga fillimi, pa pasur nevojë për të mësuar ose programim të gjerë. Ky efikasitet 'hardwired' qëndron në kontrast të plotë me qasjen tradicionale në robotikë. Duke imituar këto parime biologjike, robotët mund të arrijnë një nivel efikasiteti që aktualisht është i paarritshëm me metodat konvencionale.

Chicca parashikon një të ardhme ku robotika nuk ka të bëjë vetëm me të mësuarit dhe përshtatjen, por edhe me efikasitetin e lindur. Kjo qasje mund të çojë në zhvillimin e robotëve që janë më të vegjël, që përdorin më pak energji dhe janë më të përshtatshëm për një shumëllojshmëri mjedisesh. Është një perspektivë që sfidon status quo-në dhe hap mundësi të reja në projektimin dhe aplikimin e sistemeve robotike.