עולם היברידי
תחת ניהולו של פרופסור דניאל ויס הקימו בטכניון תוכנית מחקר בינתחומית שעתידה להכין את האנושות לעולם בו רובוטים אוטונומיים יחיו לצד אנשים. בעתיד, לא נהיה לבד
עמי רוחקס דומבה
| 19/05/2011
פרופסור דניאל ויס (יח"צ)
כאשר העתיד מסומן על ידי רובוטים אוטונומיים שיחיו צד-אל-צד עם אנשים בשר ודם, יש צורך במחקר ייעודי שיכין תשתית שתאפשר 'נחיתה רכה' לעולם ההיברידי שבדרך. בטכניון זיהו את המגמה אליה צועדת הטכנולוגיה, ופתחו תוכנית מחקר בינתחומית למערכות אוטנומיות ורובוטיקה תחת ניהולו של פרופסור דניאל ויס. בראיון מיוחד למגזין ישראל טק מסביר ויס על מחקרים עכשווים ועל מחשבות לעתיד.
"התוכנית מקיימת גישת מחקר מטריציונית, כאשר מצד אחד יש פקולטות שמלמדים בהן תחומים מסויימים ומצד שני יש תוכניות לשטחים בין תחומיים כמו התכנית שלנו. בתוכנית למערכות אוטונומיות לוקחים חלק כ-40 פרופסורים ומספר רב של סטודנטים משמונה פקולטות שונות כולל מדעי המחשב, הנדסת תעשיה וניהול, מכונות, חשמל, אוירונאוטיקה וחלל, הנדסה אזרחית (רובוטיקה יבשתית), רפואה, והוראת המדעים. השילוב של הוראה נועד לחקור את הדרך ללמד רובוטים. מסתבר כי היא יכולה להיות דומה מאד להוראת בני אדם", אומר ויס.
רמות שונות של אוטונומיה
"את התוכנית חילקנו לחמישה תחומים עיקריים", מסביר ויס. "מל"טים ולווינים, מערכות יבשתיות ותת יבשתיות, מערכות ימיות ותת ימיות, רובוטיקה רפואית ומערכות סוכנים עצמאיים. האחרונים הם מערכות מבוססות תוכנה שמפעילות הרבה מאד גופים בצורה מתואמת. לדוגמא, רשת חשמל ארצית שבה צריך לדאוג לתאום בין תחנות ייצור החשמל בצורה אוטומטית ומהירה כדי למנוע החשכה של אזורים במדינה כמו שקרה בארה"ב או הודו בשנים האחרונות. מערכות מסוג זה קיימות היום בבורסאות בעולם אצל מספר חברות השקעה ואנחנו עובדים על פיתוח מערכות כאלו לניהול תשתיות קריטיות".
ויס מסביר כי יש להתייחס למערכת אוטונומית כאל בעל חיים, היות וגם לה יש מספר תתי מערכות מוגדרות. הראשונה היא הסנסורים. כמו שבעל חיים שומע, רואה ומריח - כך גם ברובוט בלתי מאוייש. הוא צריך לראות (אור נראה, אינפראדום), לשמוע, למשש ולהריח. סנסורים כאלו רלוונטים לכל מערכת, תהא זאת אוירית,יבשתית, ימית או רפואית.
תת-מערכת נוספת שמשותפת לכל הסביבות זו היכולת לקבל החלטות. מערכת שלישית זו היכולת לבצע את ההחלטות. צריך שהרובוט יהיה מסוגל להגיע ליעד אליו הוא נשלח. יש חלקים משותפים כמו מנוע למשל וחלקים ייעודיים לסביבה. אם זה מטוס צריך כנפיים, אם זה קרקעי צריך גלגלים או זחלילים ואם זה מים צריך מדחפים. המערכת הרביעית היא המטע"ד. כלומר, בשביל מה שולחים את הרובוט למקום כלשהו. יכולים להיות מטע"דים משותפים להרבה סביבות. "נושא קבלת ההחלטות למשל, נמצא תחת תחום מדעי המחשב והפקולטה בטכניון הוא מהפקולטות המובילות בעולם בנושא זה", אומר ויס.
"שאלה נוספת חשובה בהקשר כלים בלתי מאויישים, היא רמת האוטונומיה הרצויה. אנו מגדירים מספר רמות של אוטונומיה. דוגמה לרמה הנמוכה ביותר יכולה להיות שלט רחוק של מזגן. אתה מכוון טמפרטורה פעם אחת והוא יודע לשמור עליה בצורה עקבית. זו אוטונומיה ברמה הנמוכה ביותר, כאשר המכונה עושה פעולות אחרי שאמרו לה מה לעשות. היא עדיין לא חכמה מספיק כדי לזהות שינויים לא צפויים, ולהגיב.
"דוגמה לרמה השנייה זו מערכת אוטומטית לכיבוי אורות במשרדים. היא יודעת לזהות מצב משתנה (שאין פעילות) ולהגיב אליו (כיבוי אורות). הרמה השלישית היא מערכת שמקבלת המלצות כלליות והיא צריכה לקבל החלטה בתנאי חוסר ודאות. אם למשל מדובר על מל"ט שרוצה להגיע מקום X, יכולים לקרות בדרך כמה דברים והוא צריך להתגבר עליהם ולהגיע ליעד. אלו דברים שלא יודעים לתכנת מראש ולכן אי אפשר לתת הוראות מקדימות למערכת. הרמה הרביעית אומרת למערכת שתשמור על גזרה בצורה עצמאית לחלוטין.
"הרמה החמישית והגבוהה ביותר כוללת את כל הרמות הקודמות בתוספת העובדה שכולן מתקיימות בלהקה של רובוטים. כלומר, נוסף לכל הדרישות של מערכת עצמאית, יש צורך בתאום בין המכונות. לדוגמה, אם ארבעה מל"טים אחראים על צילום אזור ואחד השתבש, האחרים צריכים לזהות זאת ולשנות את המסלולים שלהם כדי לעשות גם את הצילום שלו. מדובר על מבנים חברתיים של רובוטים. יחד עם זאת, עולה שאלה נוספת, האם רוצים לתת למערכת או קבוצה של מערכות לקבל החלטות לבד.
"החלטות אלו עשויות להיות מפתיעות ולא רצויות, אם לא מכניסים למערכת ההחלטות של הרובוטים מגבלות 'אתיות' . דוגמה לכך היתה בסרט '2001', כאשר המחשב של החללית השתלט עליה".
אלונקה רובוטית ולימוד מכונה
אחד הפרוייקטים שעובדים עליו בימים אלו בטכניון הוא אלונקה רובוטית שתהיה מסוגלת להגיע אל פצוע, באזור קרבות, לטפל בו ולפנות אותו מהשטח. זה יכול שימושי גם במקרים של אסונות טבע. כלי כזה צריך לקבל החלטות מורכבות, כמו כמה לטלטל את הפצוע או האם ללכת מסביב למחסום טבעי ולעכב את ההגעה לבית החולים. בנוסף, צריך למצוא את האופטימום בין כלי קרקעי בלבד או שילוב בין יכולות קרקעיות למוטסות. הצוות של ויס החליט להתמקד בכלי קרקעי.
"אחת הבעיות שמתעוררות בהקשר הפיתוח הזה הוא מצב של טריאז', בו הרופא בשטח צריך להחליט מבין כל הפצועים במי מטפלים קודם. איך נותנים למערכת רובוטית לקחת החלטה כזו? זו שאלה מורכבת שאין לה תשובה פשוטה. ההיגיון של הרובוט הוא לא תמיד ההיגיון של האדם. זה אחד הכיוונים שאני מתכוון לפתח בשיתוף פעולה עם גופים אחרים בארץ שיאפשר מחקר כמעט סוציולוגי סביב השאלות הללו על ההיבטים המוסריים, האתיים והמשפטיים שלהם.
"תחום נוסף שאנו חוקרים הוא איך מכונה לומדת. ופה אנחנו משווים ללימוד של ילדים קטנים וגם יש לנו תוכנית של רובוטים ללמד ילדים. מסתבר שהם מוכנים להקשיב לרובוט, הרבה יותר מאשר למורה. היפנים בנו רובוטים יומנואידים והתלמידים מקשיבים ולא מפריעים. זה פרוייקט שאנו עושים בשיתוף גוף יפני והניסויים מתקיימים אצלנו בארץ".
אתגרים לעתיד
אחד האתגרים העיקריים אותם מציין ויס בנוגע לפיתוח כלים בלתי מאויישים הוא תחום האנרגיה, במיוחד כאשר מדובר על כלים מוטסים וכאלו שצריכים לפעול הרבה זמן ברציפות. כיוון מעניין שהציגה חברה אמריקאית בהקשר זה, הוא מל"ט שמתיישב על חוטי חשמל ומטעין את עצמו.
אתגר נוסף, הוא תחום קבלת ההחלטות, כולל תוכנות לומדות. גם אתיקה הופכת להיות אתגר יחד עם נושאים חוקתיים וחוקיים. אפילו בבורסה יכולות להתעורר בעיות אתיות ומשפטיות בגלל מערכות אוטונומיות שסוחרות בעצמן. מבחינה יישומית, התחום האתגרי ביותר כיום הוא כלים ימיים ותת-ימיים עקב הסביבה הקשה בה הם פועלים.
כאשר העתיד מסומן על ידי רובוטים אוטונומיים שיחיו צד-אל-צד עם אנשים בשר ודם, יש צורך במחקר ייעודי שיכין תשתית שתאפשר 'נחיתה רכה' לעולם ההיברידי שבדרך. בטכניון זיהו את המגמה אליה צועדת הטכנולוגיה, ופתחו תוכנית מחקר בינתחומית למערכות אוטנומיות ורובוטיקה תחת ניהולו של פרופסור דניאל ויס. בראיון מיוחד למגזין ישראל טק מסביר ויס על מחקרים עכשווים ועל מחשבות לעתיד.
"התוכנית מקיימת גישת מחקר מטריציונית, כאשר מצד אחד יש פקולטות שמלמדים בהן תחומים מסויימים ומצד שני יש תוכניות לשטחים בין תחומיים כמו התכנית שלנו. בתוכנית למערכות אוטונומיות לוקחים חלק כ-40 פרופסורים ומספר רב של סטודנטים משמונה פקולטות שונות כולל מדעי המחשב, הנדסת תעשיה וניהול, מכונות, חשמל, אוירונאוטיקה וחלל, הנדסה אזרחית (רובוטיקה יבשתית), רפואה, והוראת המדעים. השילוב של הוראה נועד לחקור את הדרך ללמד רובוטים. מסתבר כי היא יכולה להיות דומה מאד להוראת בני אדם", אומר ויס.
רמות שונות של אוטונומיה
"את התוכנית חילקנו לחמישה תחומים עיקריים", מסביר ויס. "מל"טים ולווינים, מערכות יבשתיות ותת יבשתיות, מערכות ימיות ותת ימיות, רובוטיקה רפואית ומערכות סוכנים עצמאיים. האחרונים הם מערכות מבוססות תוכנה שמפעילות הרבה מאד גופים בצורה מתואמת. לדוגמא, רשת חשמל ארצית שבה צריך לדאוג לתאום בין תחנות ייצור החשמל בצורה אוטומטית ומהירה כדי למנוע החשכה של אזורים במדינה כמו שקרה בארה"ב או הודו בשנים האחרונות. מערכות מסוג זה קיימות היום בבורסאות בעולם אצל מספר חברות השקעה ואנחנו עובדים על פיתוח מערכות כאלו לניהול תשתיות קריטיות".
ויס מסביר כי יש להתייחס למערכת אוטונומית כאל בעל חיים, היות וגם לה יש מספר תתי מערכות מוגדרות. הראשונה היא הסנסורים. כמו שבעל חיים שומע, רואה ומריח - כך גם ברובוט בלתי מאוייש. הוא צריך לראות (אור נראה, אינפראדום), לשמוע, למשש ולהריח. סנסורים כאלו רלוונטים לכל מערכת, תהא זאת אוירית,יבשתית, ימית או רפואית.
תת-מערכת נוספת שמשותפת לכל הסביבות זו היכולת לקבל החלטות. מערכת שלישית זו היכולת לבצע את ההחלטות. צריך שהרובוט יהיה מסוגל להגיע ליעד אליו הוא נשלח. יש חלקים משותפים כמו מנוע למשל וחלקים ייעודיים לסביבה. אם זה מטוס צריך כנפיים, אם זה קרקעי צריך גלגלים או זחלילים ואם זה מים צריך מדחפים. המערכת הרביעית היא המטע"ד. כלומר, בשביל מה שולחים את הרובוט למקום כלשהו. יכולים להיות מטע"דים משותפים להרבה סביבות. "נושא קבלת ההחלטות למשל, נמצא תחת תחום מדעי המחשב והפקולטה בטכניון הוא מהפקולטות המובילות בעולם בנושא זה", אומר ויס.
"שאלה נוספת חשובה בהקשר כלים בלתי מאויישים, היא רמת האוטונומיה הרצויה. אנו מגדירים מספר רמות של אוטונומיה. דוגמה לרמה הנמוכה ביותר יכולה להיות שלט רחוק של מזגן. אתה מכוון טמפרטורה פעם אחת והוא יודע לשמור עליה בצורה עקבית. זו אוטונומיה ברמה הנמוכה ביותר, כאשר המכונה עושה פעולות אחרי שאמרו לה מה לעשות. היא עדיין לא חכמה מספיק כדי לזהות שינויים לא צפויים, ולהגיב.
"דוגמה לרמה השנייה זו מערכת אוטומטית לכיבוי אורות במשרדים. היא יודעת לזהות מצב משתנה (שאין פעילות) ולהגיב אליו (כיבוי אורות). הרמה השלישית היא מערכת שמקבלת המלצות כלליות והיא צריכה לקבל החלטה בתנאי חוסר ודאות. אם למשל מדובר על מל"ט שרוצה להגיע מקום X, יכולים לקרות בדרך כמה דברים והוא צריך להתגבר עליהם ולהגיע ליעד. אלו דברים שלא יודעים לתכנת מראש ולכן אי אפשר לתת הוראות מקדימות למערכת. הרמה הרביעית אומרת למערכת שתשמור על גזרה בצורה עצמאית לחלוטין.
"הרמה החמישית והגבוהה ביותר כוללת את כל הרמות הקודמות בתוספת העובדה שכולן מתקיימות בלהקה של רובוטים. כלומר, נוסף לכל הדרישות של מערכת עצמאית, יש צורך בתאום בין המכונות. לדוגמה, אם ארבעה מל"טים אחראים על צילום אזור ואחד השתבש, האחרים צריכים לזהות זאת ולשנות את המסלולים שלהם כדי לעשות גם את הצילום שלו. מדובר על מבנים חברתיים של רובוטים. יחד עם זאת, עולה שאלה נוספת, האם רוצים לתת למערכת או קבוצה של מערכות לקבל החלטות לבד.
"החלטות אלו עשויות להיות מפתיעות ולא רצויות, אם לא מכניסים למערכת ההחלטות של הרובוטים מגבלות 'אתיות' . דוגמה לכך היתה בסרט '2001', כאשר המחשב של החללית השתלט עליה".
אלונקה רובוטית ולימוד מכונה
אחד הפרוייקטים שעובדים עליו בימים אלו בטכניון הוא אלונקה רובוטית שתהיה מסוגלת להגיע אל פצוע, באזור קרבות, לטפל בו ולפנות אותו מהשטח. זה יכול שימושי גם במקרים של אסונות טבע. כלי כזה צריך לקבל החלטות מורכבות, כמו כמה לטלטל את הפצוע או האם ללכת מסביב למחסום טבעי ולעכב את ההגעה לבית החולים. בנוסף, צריך למצוא את האופטימום בין כלי קרקעי בלבד או שילוב בין יכולות קרקעיות למוטסות. הצוות של ויס החליט להתמקד בכלי קרקעי.
"אחת הבעיות שמתעוררות בהקשר הפיתוח הזה הוא מצב של טריאז', בו הרופא בשטח צריך להחליט מבין כל הפצועים במי מטפלים קודם. איך נותנים למערכת רובוטית לקחת החלטה כזו? זו שאלה מורכבת שאין לה תשובה פשוטה. ההיגיון של הרובוט הוא לא תמיד ההיגיון של האדם. זה אחד הכיוונים שאני מתכוון לפתח בשיתוף פעולה עם גופים אחרים בארץ שיאפשר מחקר כמעט סוציולוגי סביב השאלות הללו על ההיבטים המוסריים, האתיים והמשפטיים שלהם.
"תחום נוסף שאנו חוקרים הוא איך מכונה לומדת. ופה אנחנו משווים ללימוד של ילדים קטנים וגם יש לנו תוכנית של רובוטים ללמד ילדים. מסתבר שהם מוכנים להקשיב לרובוט, הרבה יותר מאשר למורה. היפנים בנו רובוטים יומנואידים והתלמידים מקשיבים ולא מפריעים. זה פרוייקט שאנו עושים בשיתוף גוף יפני והניסויים מתקיימים אצלנו בארץ".
אתגרים לעתיד
אחד האתגרים העיקריים אותם מציין ויס בנוגע לפיתוח כלים בלתי מאויישים הוא תחום האנרגיה, במיוחד כאשר מדובר על כלים מוטסים וכאלו שצריכים לפעול הרבה זמן ברציפות. כיוון מעניין שהציגה חברה אמריקאית בהקשר זה, הוא מל"ט שמתיישב על חוטי חשמל ומטעין את עצמו.
אתגר נוסף, הוא תחום קבלת ההחלטות, כולל תוכנות לומדות. גם אתיקה הופכת להיות אתגר יחד עם נושאים חוקתיים וחוקיים. אפילו בבורסה יכולות להתעורר בעיות אתיות ומשפטיות בגלל מערכות אוטונומיות שסוחרות בעצמן. מבחינה יישומית, התחום האתגרי ביותר כיום הוא כלים ימיים ותת-ימיים עקב הסביבה הקשה בה הם פועלים.
