בשיתוף בית הספר למדעי הים ע"ש צ'רני באוניברסיטת חיפה
מאז החל המירוץ לחלל, יצאו אל מחוץ לאטמוספרה של כדור הארץ כ-550 אנשים. לשקע מריאנה, הנקודה העמוקה ביותר בכדור הארץ, הממוקמת באוקיינוס השקט, הגיעו, לעומת זאת, רק 13 אנשים נכון להיום. גם אחרי 60 שנה מאז צללו אליו שני האוקיאנוגרפים הראשונים, שקע מריאנה נותר בגדר תעלומה גדולה, כמו מרבית שטחי הים והאוקיינוסים ברחבי העולם, המרכיבים את 70% משטח כדור הארץ.
אולם, בשנים האחרונות, תודות להתפתחויות טכנולוגיות מתקדמות וחדשניות, הדלתות אל מסתרי העולם התחתון התת ימי נפתחות אט-אט. חוקרים רבים מפתחים ונעזרים בטכנולוגיות שעד לפני שנים בודדות הם רק יכלו לחלום עליהן. אחת מהן היא טכנולוגיית הלמידה העמוקה (Deep Learning).
6 צפייה בגלריה
מתברר שגם במצולות הים הלמידה העמוקה בדרך לחולל מהפכה. צוללת מחקר.
(צילום: באדיבות בית הספר למדעי הים ע"ש צ'רני באוניברסיטת חיפה)
הלמידה העמוקה, תת קטגוריה בתחום למידת המכונה, מעבירה את המערכות הממוחשבות ממצב שבו הן פועלות על פי כללים מקודדים, למצב שבו הן לומדות ומקבלות החלטות באופן עצמאי על ידי שימוש ברשתות נוירונים וכן איסוף וניתוח נתונים גדולים. טכנולוגיית הלמידה העמוקה מבטיחה לנו שבעתיד הלא רחוק נוכל בין היתר לאבחן ולגלות מחלות באופן ממוחשב ולנהוג ברכבים אוטונומיים.
מתברר שגם במצולות הים הלמידה העמוקה בדרך לחולל מהפכה. בימים אלו, ד"ר איציק קליין יחד עם הצוות שלו מפתחים במעבדתו שבחוג לטכנולוגיות ימיות ע''ש האטר באוניברסיטת חיפה מערכת ניווט תת ימי המבוססת על למידה עמוקה. "כשצוללת יורדת לעומק הים על מנת לבצע משימה, היא לא יודעת איפה היא נמצאת. מתחת למים אין אותות GPS לווייניים", מסביר ד"ר קליין.
6 צפייה בגלריה
ד"ר איציק קליין, מהחוג לטכנולוגיות ימיות ע''ש האטר" באוניברסיטת חיפה
(צילום: אלבום פרטי)
לכאן נכנסת טכנולוגיית הלמידה העמוקה. "אנחנו מפתחים ומתאימים שיטות עדכניות של למידה עמוקה כדי לשפר את ביצועי הניווט של צוללות אוטונומיות. כדי לבצע משימות מחקר וסריקות של קרקעית הים נדרש פתרון ניווט מדויק. אחד החיישנים העיקריים שמשמשים את מערכת הניווט נקרא מערכת ניווט אינרציאלית. במעבדה שלנו, במקום לקחת מידע אינרציאלי ולהכניס לאלגוריתמים קלאסיים, אנחנו מכניסים אותם לרשת הנוירונים, והם נותנים פתרון ניווט מדויק ביותר".
איך זה מתבצע מתחת למים?
"נאמר שאנחנו שולחים צוללת למצוא אונייה טרופה. אנחנו לא רוצים לאבד איתה קשר – אנחנו צריכים לדעת את המסלול ואת הקואורדינטות שלה. עד היום השתמשנו בשיטות קלאסיות כדי לקבל פתרון ניווט. המערכת שמבוססת על למידה עמוקה מאפשרת לצוללת לנווט עצמאית בצורה מדויקת יותר על ידי המידע שהיא אוספת מהחיישנים שלה.
אל העולם התת ימי הגיע ד"ר קליין דווקא מהמקום הכי גבוה שאפשר. בתואר הראשון והשני שלו בפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה בטכניון הוא התמקד באיתור כוכבי לכת באמצעות לווייניים. את הדוקטורט כתב בנושא ניווט בתחום הנדסת הגיאו-אינפורמציה.
לפני שהגיע למצולות הים, הוא החל לעסוק בלמידה עמוקה של הולכי רגל בתוך מבנים, כמו למשל התמצאות בתוך מוזיאון בו אין אפשרות להשתמש ב-GPS. "צברתי ידע וניסיון בלמידה עמוקה, וכשהסתכלתי על העולם התת ימי הבנתי שאין כמעט עשייה שמשלבת בין השניים. לדעתי בקרוב זה ישתנה".
מה האתגר בפיתוח מערכות של למידה עמוקה בסביבה הימית?
"האתגר הוא לא של הלמידה העמוקה, אלא של הסביבה הימית. על היבשה יש לנו פחות אילוצים ומגבלות. כל מה שקשור לתנועת הולך רגל, למשל, אנחנו יודעים להגדיר היטב. אבל כל מה שקורה מתחת למים הוא לא ידוע. האתגר הוא לשלב את הלמידה העמוקה במערכות הניווט ולקבל פתרון מדויק. כרגע אנחנו מתמקדים בצוללות אוטונומיות, אבל אנחנו רוצים להגיע גם לאניות ולמצופים. נושא הניווט התת ימי הוא מרתק ומאפשר לי ליישם ולפתח ידע בנושאים חדשניים ומאתגרים".
ים של מידע הצטבר במשך שנים - מה עושים איתו?
הים הגדול והסוער ריתק את בני האדם משחר ההיסטוריה. המצאנו עליו סיפורים, אגדות ומיתולוגיות, יצאנו למסעות חובקי עולם וגילינו בו עולמות חדשים. אבל מחקר מדעי שממפה את הים באמצעות איסוף מידע וניתוח ממצאים החל להתבצע רק בסוף המאה ה-19.
מאז משלחות המחקר הראשונות במאה ה-19, יצאו אל הים אלפים - אם לא יותר - של חוקרים ומדענים במטרה לאסוף מידע ולגלות פרטים חדשים על אודות המסתורין שמרכיב את 70% משטח כדור הארץ.
מידע רב מצטבר על הים מידי יום - אבל מה עושים איתו? "אנשים עושים מאמצים כבירים לצאת אל הים ולאסוף מידע", מסביר ד"ר יואב להן מהחוג למדעים גיאו ימיים ע''ש שטראוס בבית הספר למדעי הים ע"ש צ'רני באוניברסיטת חיפה. "יציאה לים היא עניין מורכב ויקר. יום הפלגה יכול להגיע לעשרות אלפי דולרים. אחרי שיצאנו לים, ערכנו את המחקר, פרסמנו מאמר ואת הנתונים שאספנו ,שני דברים יכולים לקרות: או שהנתונים נשארים אצלנו במחשב או שאנחנו משתפים אותם עם הקהילה המדעית. כל המידע הזה נמצא באינטרנט בצורה מבוזרת, וכדי למצוא אותו, אנחנו צריכים לחפש ידנית".
6 צפייה בגלריה
ד"ר יואב להן מהחוג למדעים גיאו ימיים בבית הספר למדעי הים ע"ש צ'רני באוניברסיטת חיפה.
(צילום: חגי נתיב)
לשם כך, מעבדת המחקר של ד"ר להן בחוג למדעים גיאו-ימיים בונה בימים אלו בשיתוף ד"ר תומר שגיא מהחוג למדעי הנתונים באוניברסיטת חיפה מאגר שאפתני, שמטרתו לאגד את כל המידע הימי שהצטבר במשך שנים של מחקר. "יש היום כמויות מידע גדולות, והיכולת שלנו לעבד ולנתח את אותו עולים בקצב דרמטי. חשוב לזכור שהים משתנה כל יום. יש זרמים, הטמפרטורה שונה, האורגניזמים משתנים. המים הם אף פעם לא אותם מים", לדברי ד"ר להן.
אל המידע הפיזי שנאסף ועובד במשך שנים של מחקר, מצטרפים גם מערכות לוויין שחגות מסביב לכדור הארץ ואוספות מידע על הים כמו הטמפרטורה, הצבע וזרמי המים. וכן כמות גדולה של מכשירים אוטונומיים, שצוללים או צפים בים וגם הם משדרים מידע.
המאגר בהובלת ד"ר להן, שנמצא כיום בשלבי פיתוח והקמה, מבקש לעשות סדר בים הנתונים האלו. "המטרה היא להלחים מאגר אחוד שבו הנתונים ידברו אחד עם השני באופן אוטומטי. יכול להיות שחוקר צרפתי, שיצא לים לפני 40 שנה, מדד חיידקים ונתן להם שמות, ולפני חודש חוקר יפני חקר אותו דבר, אבל השתמש בשיטות מחקר אחרות. אנחנו רוצים ששני מאגרי הנתונים האלו ידברו האחד עם השני".
איזו תרומה תהיה לאנושות על ידי איסוף ועיבוד הנתונים?
"המטרה היא להבין את המערכת. אנחנו רוצים למשל להבין איך הסביבה הימית מושפעת על ידי פעילות אנושית. חיזוי משחק פה תפקיד משמעותי. אפשר למשל לחזות את קצב התחממות כדור הארץ. כיוון נוסף הוא ניצול של הים בתור משאב. המידע שנאסף, למשל, על אצות בים התיכון יכול לסייע לנו לחקור את הפוטנציאל שלהן לספק לנו אוכל. בסופו של דבר, אנחנו מבינים היום שהים הוא משאב, ושהוא משפיע ישירות על החיים שלנו".
בשיתוף בית הספר למדעי הים ע"ש צ'רני באוניברסיטת חיפה
פורסם לראשונה: 12:46, 03.09.20
