روبوتات تتكتل كالبطاريق لتنجو من الليل القمري
أسراب الروبوتات الصغيرة وسيلة جذابة لاستكشاف كهوف القمر وأنابيبه البركانية: فإذا فُقد أحدها، فلا يعني ذلك بالضرورة فشل المهمة. فمهمة CADRE التابعة لناسا، مثلًا، ستحمل ثلاث مركبات جوالة صغيرة متعاونة لترسم معًا خريطة للقمر — لكن نهارًا فقط. فهي مصممة ليوم قمري واحد ولن تنجو من الليل.
ليل يدوم 354 ساعة
يدوم ذلك الليل نحو 354 ساعة، ويبرد السطح حتى يقارب 95 كلفن، أي نحو −178 °C. وقد تجاوزته بعض المركبات: فالمركبة يوتو-2 (Yutu-2) تعتمد على تحكم حراري مدعوم بالنظائر المشعة، واستأنفت العمل بعد ليالٍ قمرية، بينما لم تستأنف براغيان (Pragyan)، المصممة ليوم قمري واحد، الاتصال. غير أن السخانات العاملة بالنظائر المشعة لا يمكن تعميمها على سرب. فتشغيل سخان بقدرة 2 واط يتطلب نحو 5 غرامات من ثاني أكسيد البلوتونيوم لكل روبوت، وهدف الإنتاج الأمريكي البالغ نحو 1.5 كيلوغرام سنويًا مُعدّ لأنظمة النظائر المشعة في المهمات الكبرى، لا لروبوتات يمكن التضحية بها.
طرحت أناييس جيجر (Anaïs Jeger)، من مركز البتات والذرات في معهد ماساتشوستس للتقنية وفريق المفاهيم المتقدمة في وكالة الفضاء الأوروبية، مع هاري هولت (Harry Holt) من الفريق نفسه ولينارت بوك (Lennart Puck) من مختبر الروبوتات الكوكبية في الوكالة، سؤالًا مختلفًا: هل تستطيع الروبوتات أن تستخدم أجساد بعضها بعضًا درعًا حراريًا؟
درجة واحدة، تُمنح عند الفجر
في محاكاتهم، تقضي عشرون روبوتًا ليلة قمرية كاملة معًا. ويحافظ كل منها على حرارته عند 0 °C بسخان ما دامت طاقته المخزنة تكفي؛ وبعد ذلك يبرد، وما دون −40 °C يُحسب ميتًا. وتتوقف سرعة فقدانه للحرارة على انكشافه للسماء: مقدار ما يراه من السماء المفتوحة، من 1 لروبوت منعزل إلى 0 لروبوت يطوّقه جيرانه. والروبوت وحده يشعّ 1.92 واط.
تشغّل الروبوتات العشرون كلها الشبكة العصبية الصغيرة نفسها. ولا يرى كل منها إلا معلومات محلية — حرارته وطاقته وانكشافه، وأماكن جيرانه وأحوالهم — ويُخرج اتجاهًا يسير فيه. ودُرّبت الشبكة بـ«الاستراتيجيات التطورية» (evolution strategies): تُجرَّب نسخ كثيرة معدّلة قليلًا، ثم تُدفع الإعدادات المشتركة نحو أفضلها نتيجة، ويتكرر ذلك.
الدرجة شحيحة عن قصد. فهي تأتي مرة واحدة، في نهاية الليل: متوسط حرارة أبرد خمسة روبوتات. ولا شيء فيها يذكر الموقع أو التباعد أو الانكشاف أو الحركة.
بطاريق من دون أن يُطلب منها
ومع ذلك ظهر سلوكان. فانطلاقًا من وضع متفرق، يتجمع السرب في نحو خمس ساعات. ثم لا يستقر أبدًا: تظل الروبوتات تدور بين اللب المحمي والحافة المكشوفة. ويشير المؤلفون إلى أن هذين هما السلوكان نفسهما اللذان تنجو بهما البطاريق الإمبراطورية من الشتاء القطبي الجنوبي — فهي تتكتل، وتظل تتبادل المواقع بين الخارج البارد والمركز المحمي. لقد ألهمت البطاريق السؤال؛ لكن الروبوتات لم تُكافأ قط على تقليدها.
والدوران هو ما يصنع الفرق. فقاعدة مكتوبة يدويًا تجعل الروبوتات تميل إلى الداخل فقط، من دون أن تدفعها إلى الخارج أبدًا، تشكّل التكتل نفسه، لكن الحافة تبقى أبرد من اللب طوال الليل، وفي إحدى التجارب فُقد تسعة من الروبوتات العشرين. وعلى مدى التدريب، انخفض متوسط انكشاف الروبوت الأسوأ موقعًا عبر الزمن من نحو 0.71 إلى 0.26، قريبًا من متوسط السرب البالغ 0.23 — مع أن الانكشاف ليس جزءًا من الدرجة.
ولا تتراكض الروبوتات هنا وهناك أيضًا: فهي تقطع 4.3 أمتار في الساعة في المتوسط، في حين أنها لو سارت دون توقف بسرعتها المحددة لقطعت 54 مترًا: فهي تبقى ساكنة في الغالب وتعيد تموضعها في دفعات قصيرة، وصافي انجرافها طوال الليل أقل من متر.
ما أقلّ الطاقة الكافية؟
قاس المؤلفون عتبة البقاء: أقل طاقة مخزنة لكل روبوت تظل معها الروبوتات كلها حية عند شروق الشمس، عبر عشرة ترتيبات ابتدائية لم تُرَ قط أثناء التدريب. ويعبّرون عنها بوحدة يسمّونها pcm-h، تساوي 7.2 كيلوجول — أي ما يستهلكه سخان بقدرة 2 واط في ساعة.
- روبوتات تُركت متفرقة: 328.5 pcm-h.
- تكتل يبقى ساكنًا: 246.0 pcm-h.
- السرب المتعلّم، بتجميع عشر جولات تدريب: 155.6 ± 1.3 pcm-h.
هذا أقل بنسبة 37% من التكتل الساكن، وأعلى بنسبة 12.7% فقط من حد أدنى تفرضه الفيزياء وحدها (138.1 pcm-h): أي الطاقة اللازمة لو تقاسمت الروبوتات العشرون بالتساوي انكشاف أكثف ترتيب تراصّ ممكن. وعند 163 pcm-h، يفقد التكتل الساكن ستة روبوتات؛ أما السرب الدوّار فيحتفظ بالعشرين جميعًا.
وأدت قاعدة بسيطة أخرى مكتوبة يدويًا أداءً مماثلًا تقريبًا تمامًا، عند 154.5 pcm-h: يميل كل روبوت إلى الداخل برفق، ومن يملك أقل طاقة بين الروبوتات التي يلامسها يندفع نحو اللب بكامل قوته.
متطلبات أقل مما كان متوقعًا
يصمد السلوك حين تُنزع بعض أجزائه. فمن دون معلم مشترك يُهتدى به، لا تكاد العتبة تتغير: إذ تبقى بين 154.3 و156.7 pcm-h بحسب الترتيب الابتدائي، مقابل 155.4 إلى 155.7 مع وجوده، وإن كانت الروبوتات تتحرك أكثر. وتكلّف شبكة بلا ذاكرة طاقة أكثر بنحو 3%. والشبكات نفسها، المدرَّبة على عشرين روبوتًا، تدير أسرابًا من ثلاثين وأربعين روبوتًا من دون إعادة تدريب، وتحتاج إلى طاقة أقل لكل روبوت بنسبة 5.0% و8.0% — مقابل 5.5% و10.7% للحد الفيزيائي.
بل إن الروبوتات لا تحتاج حتى إلى التلامس. فحين تُرغم على إبقاء مسافة 25 ملليمترًا بينها، تجتاز الليل جميعها بالشبكات نفسها، مقابل طاقة مخزنة أكثر بنحو 13%، لأن الدرع صارت فيه فجوات.
عجلات على تربة القمر
كل ما سبق يجري في المحاكاة. فالروبوتات تظل تتزحزح طوال الليل، ما يعني 354 ساعة من عمل العجلات في مواجهة الثرى القمري (regolith، أي الغبار والصخور المفككة التي تغطي السطح). ولا يتضمن النموذج أي تآكل ولا أي تغير في الاحتكاك أو التلامس. أما هل تصمد العجلات والهياكل طوال ليلة كاملة من هذا الاحتكاك، وهي ما يعدّه المؤلفون المسألة المفتوحة الرئيسية، فلم يُختبر بعد.