פיתוח ישראלי: רובוטים בנגב

This post is also available in: English (אנגלית)

שאל את ד"ר אמיר שפירו, ראש המעבדה לרובוטיקה במחלקה להנדסת מכונות באוניברסיטת ב"ג בנגב מהו רובוט, והוא ישיב בסיסמה שגם כתובה על קיר המעבדה: "כל מה שאתה לא רוצה לעשות – הרובוט יעשה במקומך". עבודה מסוכנת, מלוכלכת, משעממת ומרוחקת שאתה מסרב לעשות – הרובוט יעשה במקומך. לא רוצה לטבול ידיך בביוב? מסרב להיכנס לכור גרעיני מקולקל? לחדור לתוך מנהרה חשוכה בגבול עזה? לרסס צמחיה בחומר הדברה רעיל? לטפל בחומרים מסוכנים? כבר יש, או שיהיו בקרוב, רובוטים שיעשו עבורך בדיוק את המלאכות ה'בזויות' הללו.

בשתי מעבדות הרובוטיקה באוניברסיטה שבבאר שבע, בבניינים 55 ו-94 של ד"ר אמיר שפירו ושל פרופ' הוגו גוטרמן אכן ניתן להתרשם שבנושא רובוטים, כלים בלתי מאויישים אוטונומיים ואוטומטיים – השמים הם הגבול. מל"טים ומזל"טים, ג'יפים וצוללת, טרקטורונים ונחשים, ציוד לסחיבת ציודו של חייל ולשיפור יכולת ההליכה של קשישים ומכשיר לקטיף תפוחי עץ – הכל בלתי מאוייש, פועל באמצעות תוכנות, אוטונומי – ומרתק. והעיקר, לדעת שני המרצים הבכירים והסטודנטים ברובוטיקה – הנושא הזה הוא העתיד והוא ההווה, והוא כבר כאן.

ד"ר אמיר שפירו מסביר את השיטה: "במעבדה הזאת אנו מפתחים לפי הזמנת לקוח או רעיונות שלנו, הסטודנטים והמורים. אנו בונים אבי–טיפוס של רובוטים, מתכננים ובונים דגם עובד – את המכניקה שלו, האלקטרוניקה, התוכנה, האלגוריתמים – הכל אנו עושים כאן, ואחרי שלב האב–טיפוס אנו מחפשים ספונסור שיממן את המשך הפיתוח. אנו מתמקדים ברובוטים הולכים ובאחיזות רובוטיות, כלומר יכולות האחיזה והתפיסה של הרובוט".

מדגימים לנו את המוצר הראשון, מיקרו–רובוט צבאי, שהוזמן ע"י משהב"ט: קופסה שחורה בגודל של טלפון נייד, אנטנה זעירה ושני גלגלים. לוחם יחזיק את הרובוט הזה בחגור האישי. היחידה מתכננת להיכנס לבית חשוד, שולפים את הרובוט ומשלחים אותו להיכנס לתוך הבית. על זרוע שמאל של החייל יש מוניטור זעיר, שעליו הוא רואה את מה שמצלמת הרובוט מצלמת בחדר: דלת, רהיטים, מרפסת, אדם בחדר. הרובוט יכול לנוע בתוך מנהרה ואפשר לציידו במצלמה, בחיישן, במציין לייזר, לפי רצון הלקוח, לפי המשימה.

המשכנו ברובוטים לשימושים ביטחוניים: רובוט שנועד לשאת ציוד של יחידת חיילים. יש כבר כאלו בשוק, אבל החידוש של מעבדת הרובוטיקה: הרובוט פועל באמצעות תנועות ידיים של המפעיל הנוהג אותו, מחוות ידיים. החייל יכול לגרור את הרובוט אחריו או לדחוף אותו לפניו.

עוד רובוט ליישום צבאי: ממשפחת הרובוטים המטפסים. בעזרת דבק חם המדביק אותו לקיר הוא מטפס על קיר של בית, מגיע לחלון ויכול לצפות פנימה ולצלם. תת–דגמים מצויידים בגלגלים דביקים ויש גם רובוט המצויד בטפרים, כמו ציפורני חתול, שבעזרתם הוא מטפס על קיר מחוספס.

ואנו עוברים ליישומים רובוטיים בתווך הימי: רובוט קטן עם מצלמה המיועד לסרוק אניות מתחת לפני המים כדי לבדוק שמא הודבקו לדופן האניה חומרי נפץ או, להבדיל, סמים. הרובוט אטום למים, נצמד לדופן המתכתי של האניה בעזרת מגנטים, מטפס, סוקר סורק ומצלם. מה הפלא שרובוט זה פיתחו שני סטודנטים ששירתו בחיל הים.

אמיר שפירו שולף הפתעה – רובוט נחש, שחזר זה עתה מתצוגה בהודו. רובוט חוליות, שנע בצורה מסונכרנת בדיוק כשם שנחש, או תולעת גדולה נעה, תנועה של גל מתקדם, עם יכולת טיפוס. היישום שלו – חילוץ והצלה. את הנחש הרובוטי יכניסו לתוך בנין הרוס אחרי רעש אדמה או פיצוץ הבנין כדי לחפש ניצולים. הנחש מצויד במה שהמפעיל יבחר – מצלמה, מכשיר להקלטת קול, חיישן חום או חיישן קול. במעבדת הרובוטיקה באוניברסיטה אין עוסקים בתוכן המטע"ד שבתוך רובוט אלא רק בכלי עצמו.

וכמה יישומים אזרחיים לחלוטין בתחומי החקלאות, הרכב והרפואה:

המעבדה שותפה בפרוייקט אירופי גדול ששותפות בו 13 חברות ביבשת, לפיתוח רובוט שיקטוף תפוחי–עץ, פלפלים וענבים לייצור יינות איכותיים. רובוט זה מצוי בשלב פיתוח כאשר מעבדת אוניברסיטת ב"ג בנגב אחרית לפיתוח מנגנון התפיסה והאחיזה של הרובוט בפרי העץ. קבוצה אחרת מפתחת את תוכנת זיהוי הפרי ואחרת – את האצבעות שיתפסו את הגבעול ויקטפו את הפרי מהעץ. 10 מיליון יורו מושקעים בפרוייקט זה.

תעשיית הרכב: פרוייקט של ענקית המכוניות ג'נרל מוטורס. בקווי הייצור של כלי רכב כבר מזמן פועלים רובוטים המרכיבים מכונית. אלא שהרובוטים הקיימים יודעים להרכיב דגם מסויים של דלת, לדוגמה, ואינו מסוגל להרכיב דגם שונה מעט. המעבדה בבאר שבע התבקשה לתכנן רובוט עם תפסנים אוניברסאליים, שיוכלו טפל בקבוצה של רכיבי המכונית ולא רק באחד.

רפואה. בבית חולים הדסה בירושלים נמצא בניסויים קליניים רובוט המשפר את שיווי המשקל של מבוגרים. מקור הרעיון בצבא ארה"ב, שרבים מחייליו לוקים בפציעות ברכיים וקרסוליים בפעילות קרבית, ויש להחזיר להם את שיווי המשקל ויכולות ההליכה.

IHLS – Israel Homeland Security

רובוטים גמישים. הרובוט הוא יריעת פלסטיק ובה שזורים חוטי שריר שייחודם בכך שכאשר מעבירי בהם זרם הם מתקצרים. היריעה יכולה לשנות את צורתה לפי רצון המפעיל. יש לרובוט הזה שימוש ביטחוני בתחום ההסוואה: לדוגמה, מסווים טנק בעזרת יריעה כזו, והא משנה את צורתה כך שמבחוץ אין רואים שמתחתיה ניצב טנק מסווה היטב. את היריעה ניתן לגלגל לצורת כדור, לשים בתוכו מטע"ד כלשהו ולגלגל אותו לתוך חדר או מבנה חשוד.

בשת"פ עם קבוצה ישראלית (אוניברסיטאות ב"ג ובר אילן, הטכניון, התעשיה האווירית וחברת קוגניטים) מפתחים פרוייקט שעיקרו ללמד רובוט ללכת בצעדים איטיים זהירים, בלי ליפול. זה פרוייקט של DARPA, גוף המו"פ של משרד ההגנה של ארה"ב. מעבדת ב"ג מפתחת את האלגוריתמים של אחיזת רגלי הרובוט בעת ההליכה האיטית.

ד"ר אמיר שפירו מסביר כי סטודנטים בהנדסת מכונות מרבים ללמוד מכניקה, מכניזמים ובקרה אך לא רובוטיקה. המעבדה באה למלא את החסר הזה והיא משמשת אתר להכנת פרויקטים, עבודות גמר לסטודנטים של שנה ד' ולתארים שני ושלישי. הם כותבים תיאוריות של רובוטים, אלגוריתמים לניווט ולתכנון תנועה, וכמה מהתוצאות – כל מה שהוצג לעיל.

מבנין 55 עברנו לבנין 94 , למעבדתו של פרופ' הוגו גוטרמן, שהיא מהמעבדות היחידות בעולם האקדמי הבונות מערכות שלמות מא' ועד ת'. הפרופסור הציג ל-iHLS סקופ – הצוללת העברית הראשונה שנבנתה במדינת ישראל!

הצוללת הכחולה–לבנה הראשונה בהיסטוריה נבנתה ע"י סטודנטים לכבוד תחרות רובוטים בחו"ל. אורכה כשני מטרים והיא יכולה לשייט במים, לרחף במקום, לעלות ולרדת. יש לה זרוע לנשיאת ציוד, מצלמה, היא בנויה מחומרים מרוכבים, מונעת בששה מנועים קטנים, יכולה לצלול עד לעומק של 70 מטרים, הדגם השני יצלול עד 300 מטרים. יישומים? הכל בא בחשבון: החל ממיפוי אלמוגים ותצפית מתחת לכלי שיט או מתחת לגדרות המקיפות אובייקט ימי או לשמירה על שדה גז. פרופ' גורמן מסביר כי צוללת כזו יכולה לשהות 24 שעות ביממה במרחב הימי של נמל גדול, לבצע עבודות שמירה, תצפית ופיקוח, ניקוי אניות ובדיקת כלי שיט חשודים.

ראינו סרט שבו נראית הצוללת מבאר שבע אחרי שעשתה דרך ארוכה לסן דייגו שבמערב ארה"ב, שם ירדה לצלילה בים, כאשר צוללים של הצי האמריקני בחליפות צלילה שחורות סובבים אותה ומצלמים את כל ביצועיה. ראינו על המסך כיצד הצוללת הישראלית הקטנה משייטת קדימה, מסתובבת, עולה ויורדת במים, מזהה שער וחולפת מתחתיו – והכל אוטונומי. כשב"ם אמיתי – כלי שיט בלתי מאוייש. ליד הצוללת במעבדה ניצבת סירת קיאק צהובה, זהה לכל סירת קיאק רגילה אלא שזו אוטונומית. קיאק רובוט. במעבדה בודקים אופציות להפעלת הקיאק בשיתוף פעולה עם הצוללת. שני הכלים האוטונומיים, הרובוטים השטים, יבצעו משימות ביחד, כאשר מחברת ביניהם מערכת תקשורת משותפת. הצוללת תעבוד עמוק במים, תעביר נתונים ומידע לקיאק, שהוא כלי שטח, וזה ישדר את האינפורמציה אל החוף.

אנו עוברים לאולם סמוך, מהים אל היבשה, וביבשה קשים חיי הרובוטים שכן יש מכשולים קרקעיים רבים. במעבדה ניצבים כלי רכב שונים ומשונים, שלחלקם יישומים מעשיים וחלקם פותחו לצורכי לימוד ומחקר.

• קולנועית אוטומטית לנסיעה בדרכי עפר.

• טרקטורון גדול המסוגל לטפס בשיפועים של 45 מעלות, לעבור מכשולי שטח קשים, לשמש לניקוי חופים, לסילוק שלג, לבצע סיורי ביטחון שוטף בצבא – כל אלו מלאכות שהעסקת בני אדם בהן יקרה ומסוכנת, והטרקטורון האוטונוטי ישמח למלא את מקום האדם.

• פלטפורמה של טרקטור אוטונומי, שייצא לשדה ויבצע עבודות חקלאיות.

• רובוט לשימוש לוחמי אש: יוחדר לבנין בוער, ימפה את השטח, ישדר לפיקוד הכבאי מה המצב בתוך הבניין, כדי הקטין את הסכנות האורבות ללוחמי האש בתוך הבנין הבוער.

פרופ' הוגו גוטרמן: "תוכנות הרובוטיקה כיום מתקדמות ומתוחכמות. הן מעניקות לרובוט גם יכולת החלטה. אם הוא נתקל בסיטואציה שהוא איננו מכיר, הוא יידע להחליט כיצד לנהוג. תוכנת הרובוט מציידת אותו בסט של חוקים, אלא שהוא עלול להיתקל במצב שבו החוקים משתנים. דוגמה ידועה היא כאשר אדם נוהג במכונית, עומד באור אדום ומאחור מגיע אמבולנס צופר. מה על הנהג לעשות? לפעול לפי החוק ולעמוד באור אדום או לנסוע כדי שהאמבולנס יוכל לנסוע. מה כאשר במכונית אין נהג אלא היא רובוט נוהג אוטונומית? הרובוט מתוכנת לעצור באדום, ובואו של האמבולנס מאחור שובר לו את החוקים. זה אחד האתגרים של המדענים העוסקים ברובוטיקה מתקדמת. אבל לעומת זה הרובוט לעולם אינו מתעייף, אינו משתעמם ומסוגל לבצע את אותה פעולה מיליוני פעמים בלי להתלונן".

נושאים שמעסיקים היום את עולם הרובוטיקה:

• רישוי רובוטים וכלי אוטונומיים. כבר היום נדרשים מפעילי מל"טים גדולים אזרחיים לרישוי מטעם רשויות התעופה של המדיניות, בדיוק כמו כלי טיס מאוייש. נשאלות שאלות רבות: מה צריך להוכיח כדי לקבל רישוי מטעם הרשויות.

• ברור שבעתיד יפעלו במרחב מספרים גדולים של מל"טים–מזל"טים, נחילים של כטב"מים. לשם כך דרושות מערכות תקשורת מיוחדות ויכולות העברת תוכנה בין הפלטפורמות.

• כלים אוטונומיים הם רוויי חיישנים, סנסורים. איך יידעו המפעילים שחיישן מסויים מתקלקל ועלול להעביר אינפורמציה שגויה.

• כמו בפלטפורמת אוויריות ויבשתיות מאויישות, מתחילים לחקור שיטות להגברת הבטיחות של כלים אוטונומיים וליצירת כלים קשיחים בעיקר לשימוש בתנאי שדה.