מה נחשב נחיל, ומה רק נראה כמו נחיל
רובוטיקת נחיל (Swarm Robotics) היא תכנון מערכות של רובוטים רבים ופשוטים שאין להם בקר מרכזי ולא ידע גלובלי, וההתנהגות המשותפת שלהם צומחת מאינטראקציות מקומיות בלבד; הקבוצות עצמן מכונות בעברית גם נחילי רובוטים. ויקיפדיה מונה עקרונות מוכרים שמגדירים נחיל: הרובוטים אוטונומיים; החישה והתקשורת שלהם מקומיות בלבד; הם אינם נשענים על בקרה מרכזית או על ידע גלובלי; והם משתפים פעולה כדי להשלים את המשימה.
כאן עובר גבול שקל לטשטש. מופע רחפנים מסחרי נראה כמו נחיל אבל מתנהל הפוך בדיוק: רחפני Shooting Star של אינטל נשלטים בידי מחשב יחיד ומפעיל יחיד, ואלגוריתמי המערכת הם שמתכננים את הכוריאוגרפיה ומייעלים את מסלולי הטיסה; במופעי רחפנים בכלל, כל רחפן נושא מסלול-טיסה שתוכנת לו מראש. זו בקרה מרכזית מובהקת — בדיוק מה שהגדרת הנחיל שוללת.
מאין זה בא: סטיגמרגיה, SWARM-BOTS ו-Swarmanoid
ויקיפדיה מנסחת את התאריך בזהירות, כטענה מיוחסת ולא כקביעה שלה: על-פי מאגר המאמרים האקדמי של גוגל, הצירוף swarm robotics הופיע לראשונה ב-1991 — אבל המחקר עצמו התחיל לצמוח רק בראשית שנות ה-2000, מתוך שאלה אחת: האם סטיגמרגיה, תקשורת עקיפה שבה כל פרט משנה את הסביבה ובכך מאותת לאחרים, יכולה לשמש שיטת תיאום בין רובוטים.
אחד הפרויקטים הבינלאומיים הראשונים היה SWARM-BOTS, שמומן בידי הנציבות האירופית בין 2001 ל-2005: נחיל של עד 20 רובוטים שיכלו להתחבר זה לזה פיזית, לבחינת הובלה קולקטיבית, כיסוי שטח וחיפוש עצמים. התוצאה שדווחה היא צוותים שהתארגנו מעצמם למשימה מורכבת, כשהרובוטים מחליפים ביניהם תפקידים לאורך הזמן. פרויקט Swarmanoid, בין 2006 ל-2010, הרחיב את הרעיונות לנחיל מעורב משלושה סוגים — מעופפים, מטפסים וקרקעיים — במשימת חיפוש ואיסוף.
Kilobot: אלף רובוטים שעולים פחות מ-15 דולר ליחידה
רוב המאמצים בתחום התמקדו בקבוצות קטנות יחסית, ולכן ההדגמה של הרווארד ב-2014 בלטה: נחיל Kilobot בן 1,024 רובוטים, הגדול ביותר עד אותה עת. הרובוט פותח בידי רדהיקה נגפאל ומייקל רובינשטיין, גובהו 3.3 סנטימטרים, ועלות הרכיבים שלו נמוכה מ-15 דולר. המחיר אינו אנקדוטה: העלות הגבוהה של יחידה בודדת היא בעיה מוכרת במחקר על אוספי רובוטים.
כדי להוזיל ויתרו המפתחים על גלגלים. הרובוט נע בעזרת שני רטטים — אחד מסובב אותו בכ-45 מעלות בשנייה, ושניהם יחד מקדמים אותו בכסנטימטר בשנייה — ומתקשר עם שכניו באור אינפרא-אדום שנשלח אל המשטח וחוזר ממנו. גם המחיר של הפשטות מתועד: הוא עובד רק על משטחים שטוחים, ואינו יכול לנוע במדויק למרחקים ארוכים או לאורך זמן.
למה נחיל, ולא רובוט אחד גדול
היתרון אינו רק כמותי. לעומת רובוט בודד, נחיל יכול לפרק את המשימה שהוטלה עליו לתת-משימות, הוא עמיד יותר לכשל חלקי, והוא גמיש יותר מול משימות שונות. בנפרד מזה מציינת ויקיפדיה שתכנון מערכות נחיל מונחה בעקרונות אינטליגנציית נחיל, שמקדמים סבילות לתקלות, יכולת התרחבות וגמישות. המזעור הוא גורם מפתח בפני עצמו: כשאלפי רובוטים קטנים פועלים יחד גדל מספר האינטראקציות ברמת הפרט, ומכאן צומחת התנהגות משמעותית ברמת הנחיל כולו. כללים פשוטים יחסית ברמת הפרט מסוגלים להוליד מערך רחב של התנהגויות נחיל מורכבות.
היכן זה שימושי: מחיפוש והצלה ועד נחיל אקוסטי
היישומים המוצעים רבים. חלקם דורשים מזעור — ננו-רובוטיקה ומיקרו-רובוטיקה, למשל חישה מבוזרת בתוך מכונות זעירות או בגוף האדם. יישום מבטיח נוסף הוא חיפוש והצלה: נחילים של רובוטים בגדלים שונים יכולים להישלח למקומות שאנשי חילוץ אינם יכולים להגיע אליהם בבטחה, לחקור סביבה לא-מוכרת ולפתור מבוכים מורכבים בעזרת החיישנים שעל גופם. הנחיל מתאים גם למשימות שדורשות תכנון זול, כמו כרייה או רעיית-שטח חקלאית.
ב-2023 הדגימו חוקרים מאוניברסיטת וושינגטון וממיקרוסופט נחיל אקוסטי של רובוטים זעירים שמרכיבים יחד רמקול חכם משנה-צורה: הם מתקשרים זה עם זה באותות קול בלי שום מצלמה, ומנווטים בדיוק ברמת הסנטימטר.
הצד הצבאי, והמחיר האנושי של הפעלת נחיל
החלק השנוי במחלוקת הוא הצבאי. נחילים של רובוטים צבאיים יכולים להרכיב צבא אוטונומי; כוחות חיל-הים האמריקאי בחנו נחיל של סירות בלתי-מאוישות שמסוגלות לנווט וליזום פעולה התקפית בעצמן, ובמהלך מלחמת האזרחים בסוריה דיווחו כוחות רוסיים באזור על תקיפות של בסיס חיל-האוויר הראשי שלהם בידי נחילים של כלי-טיס בעלי כנף קבועה שנשאו חומר נפץ.
גם בשימוש אזרחי יש עלות שנוטים לשכוח, והיא אנושית: הפעלה של רחפנים רבים בידי מפעיל אחד יוצרת עומס קוגניטיבי גבוה ומורכבות, מפני שתשומת-הלב נעה כל הזמן בין כלים שונים. התקשורת בין המפעיל לנחיל היא היבט מרכזי בפני עצמו.