לאחרונה אישרה רשות התעופה הפדרלית האמריקנית (FAA) לרחפנים אוטונומיים, שפועלים ללא מגע אדם, לבצע טיסות מסחריות. צעד זה ממשיך את המגמה שהולכת ומתגברת בשנים האחרונות, שבמסגרתה הרחפנים הופכים מצעצועים מעופפים לכלים טכנולוגיים מפותחים ומועילים. השימוש ברחפנים הולך ומתרחב לתחומים כמו חקלאות, מיפוי וביטחון, ואף למטרות אחרות, כמו אספקת משלוחים, נטיעת עצים ואפילו זיהוי של אנשים חמושים במבנים. הגודל המינימלי והניידות הגבוהה של הרחפנים מאפשרים להם להגיע בקלות ובמהירות למקומות שבהם יד אדם אינה משגת, ולאזורים מסוכנים כדוגמת שדות מוקשים.
תחום שהרחפנים לא השתלבו בו עד כה הוא זיהוי ריחות, שטכנולוגיות שמפותחות בו עשויות למנוע את התפשטותם של זיהומים מסוכנים ואף להציל חיי אדם. כעת, צוות חוקרים יצירתי מאוניברסיטת וושינגטון פיתח רחפן שמסוגל לאתר ריחות, זאת באמצעות אביזר ביולוגי יוצא דופן: מחושים של עש.
זה מטוס? זה רחפן? זה עש!
הפיתוח החדש, שזכה לכינוי "Smellicopter", הוא רחפן אוטונומי בגודל כף יד שמצויד באנטנה של עש, שמסייעת לו לנווט את דרכו למקורות ריח שונים. צוות המחקר, בראשות מלאני אנדרסון, פירסם את ממצאיו לאחרונה בכתב העת המדעי IOP Bioinspiration & Biomimetics.
העש שמקריב את מחושיו לצורך הפיתוח הוא מהמין Manduca sexta, שידוע כבעל חוש ריח מפותח במיוחד. בטבע, העש משתמש במחושיו השעירים כדי לזהות ולעקוב אחר ריחות של מזון או של פרטנרים אפשריים לזיווג. ברגע שהעש מזהה מקור ריח מסוים, המחושים שלו מפיקים אותות חשמליים שמעידים על הרכיבים הכימיים שהוא זיהה, שנשלחים לנוירונים שבמערכת העצבים שלו.
כדי לייצר את הרחפן המרחרח, החוקרים הסירו מחוש מגופו של עש וחיברו את הקצוות שלו לחוטי מתכת שמורכבים על גב הרחפן. חוטי המתכת מתחברים למעגל חשמלי, שמודד את האותות החשמליים שנקלטים מהמחוש, ומידע זה מוצג למפעילי הרחפן בצורה גרפית, בדומה לתצוגה הגרפית המוכרת של הפעילות החשמלית של הלב. המחוש, אגב, נשאר חי ופעיל במשך ארבע שעות מרגע ניתוקו מהחרק, ועל ידי שימור בהקפאה אפשר להאריך את פרק הזמן שבו החלק הביולוגי הזה של הרחפן ימשיך לתפקד.
הרחפן עובד באופן שמחקה את התנהגותו של העש בחיפושו אחר ריחות. הוא מתחיל את החיפוש בתנועה לכיוון מסוים ולמרחק מוגדר מראש. אם הוא לא מזהה ריח חזק, הוא נע לכיוון המנוגד וממשיך בחיפושים. ברגע שהוא מאתר ריח חזק, המחוש שמחובר לחוטי ברזל דקים מפיק אותות חשמליים בתדר גבוה, והרחפן משנה את תבנית התעופה שלו ונע ישירות לעבר מקור הריח, תוך כדי שהוא נמנע ממגע עם מכשולים שנמצאים בדרכו.
לטענת החוקרים, התוצאה הסופית היא שביצועיו של החיישן המרחף עולים על אלה של כל חיישן אחר שפותח בידי האדם עד כה: במבחנים שנערכו, התגלה שה-Smellicopter זיהה את מקור הריח והגיע אליו מהר יותר מכל חיישן ריח אחר שנבדק.
לזהות דליפות גז ולאתר נעדרים
יש לציין שנכון לעכשיו, נדרשת עוד עבודה עד שאפשר יהיה לממש את מלוא הפוטנציאל של הפיתוח החדש. בשלב זה, הרחפן לא מסוגל לזהות את ההבדל בין ריח של פרחים לבין ריח של לבנת חבלה – אלא רק לדעת שמדובר בריח חזק. החוקרים עמלים כיום על הבנת המנגנון שבאמצעותו עש מזהה ומסווג ריחות, בתקווה לפתח מוצר משודרג בעתיד הקרוב.
אם הרחפן יידע לאתר ריחות מלאכותיים ברמת הדיוק שבה עש מאתר ריח של בת זוג פוטנציאלית, השימוש בו עשוי לסייע לחברה ולסביבה בתחומים חשובים שונים.
כך, למשל, רחפן שמזהה ומדווח על דליפות של גזים מסוכנים, למשל, עשוי להוות פתרון לבעיית ניטור האוויר באזורי תעשייה צפופים, שבהם קיימים מקורות זיהום פוטנציאליים רבים ועל כן קשה להצביע על מקור מזהם ספציפי, ורחפן שמאתר ריחות של נעדרים באתרים שבהם התרחשו רעידות אדמה עשוי להציל חיי אדם ולמנוע את סיכונם של כוחות חילוץ. במדינה כמו ישראל, למשל, שבה פרוסים מעל 35,000 דונם ממוקשים, יש צורך בפתרון מעשי לזיהוי מוקשים ונטרולם – ורחפן עם חיישנים מתקדמים עשוי להועיל בכך רבות.
השראה מעולם החי
בפיתוח אמצעים לגילוי ריחות, כמו בפיתוחים אחרים מעשי ידי אדם, המאמצים האנושיים מתגמדים פעמים רבות בהשוואה לטכנולוגיות שעליהן הטבע עמל במשך מיליוני שנים. "הרעיון מאחורי הפיתוח החדש הוא להשתמש במה שהאבולוציה כבר תכננה בשבילנו, וללמוד לנהל איתה ממשק פשוט במקום לפתח חיישנים טכנולוגיים חדשים", אומר פרופ' אמיר אילי מהמחלקה לזואולוגיה באוניברסיטת תל אביב. "בני האדם מפתחים כיום מצלמות מצוינות ומיקרופונים איכותיים, אבל אנחנו עדיין לא יודעים לפתח אפים מלאכותיים שעובדים טוב – ולכן הגיוני לעשות שילובים מהסוג הזה".
"בעלי חיים מעבירים אינפורמציה באמצעות אותות חשמליים, ולכן כל מה שצריך לעשות כדי לייצר מערכת טכנולוגית שמתחברת לבעל חיים קיים זה להתגבר על המכשול של תרגום האות שמופק מהחיישן הביולוגי למשהו שהרובוט יודע לקרוא", מסביר איילי. "במקרה של הפיתוח החדש, הרובוט מתרגם את האותות החשמליים מהאנטנה של העש לפקודות ששולטות בכיווני התנועה של הרחפן".
גם בישראל שואבים השראה מעולם החי לטובת העולם הטכנולוגי. במעבדה של פרופ' אילי מפתחים כיום פלטפורמה רובוטית שנעה ביבשה ושמזהה ריחות באמצעות מחושים של חגב, במטרה לפתח בהמשך נחילי ארבה רובוטיים שמאתרים ריחות במרחב.
"באבולוציה אין מטרות והטבע לא מנסה להגיע ליעד ספציפי, ולכן הוא לא בהכרח נותן את הפתרונות הטובים ביותר לכל בעיה", אומר אילי. "עם זאת, הפתרון שקיים בטבע יכול בהחלט להיות חסכוני, קטן ויעיל אנרגטית, והוא עומד במבחן התוצאה המשמעותי של מיליוני שנות אבולוציה".
