בשבע 201: רובוט לכל פועל

אם אתם סבורים שרובוטים הם מדע בידיוני, לפרופ' צבי שילר יש חדשות בשבילכם *המומחה לרובוטיקה ממכללת אריאל מגלה כי במעבדות כבר עובדים על רובוטים למגוון שימושים, החל מסיור בחלל ועד לניקיון הבית

עדי גרסיאל , כ"ד בתמוז תשס"ו

*שילר מאמין שאם רק נתגבר על הפחד מפני הטכנולוגיה, נוכל ליהנות מפתרונות במגוון תחומים, כולל ניתוחי מוח ונהיגה אוטומטית

לפרופ' צבי שילר יש בבית רובוט בשם 'רומבה'. הוא קנה אותו בארה"ב ב-200 דולר, והרובוט, שנראה כמו צלחת לא גדולה, מתנועע חרישית על רצפת הבית, מנווט בין הרהיטים ומנקה.

רומבה מרגיש מן הסתם בבית אצל שילר, מומחה בעל שם לרובוטיקה, שחזר ארצה אחרי 20 שנה במוסדות אקדמיים מובילים בארצות הברית, ונחת הישר במכללת אריאל כדי להקים שם מחלקה חדשה.

אחרי שנים כה רבות בחו"ל, שילר מוצא את עצמו מנסה לתרגם מאנגלית מילים עבריות ש'ברחו' לו, אבל גם הקושי הזמני הזה לא יכול לעצור את הלהט שלו. הראיון, שהיה אמור להימשך כשעה וחצי, הסתיים רק אחרי ארבע שעות, וגם זה רק בגלל הפצרותינו. מבחינתו של שילר, אפשר היה להמשיך לדבר עוד שעתיים-שלוש. הוא מאמין שהמהפכה הבאה, זו שתבוא אחרי האינטרנט, היא הרובוטיקה. בחזונו הוא רואה רובוטים ישראליים בכל התחומים: תעשייה, צבא, רפואה ועוד. צריך להתייחס לנושא כאל משימה לאומית, הוא אומר, ואז אפשר יהיה לקטוף את הפירות בזמן קצר.

יצוא ויבוא
שילר למד הנדסת מכונות באוניברסיטת תל-אביב, עבד בתעשייה האווירית ואחר-כך נסע לנסות את מזלו מעבר לים. הוא סיים תארים שני ושלישי ב-MIT – מהאוניברסיטאות הנחשבות בעולם. בהמשך עבר ל-UCLA (אוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס, אף היא אוניברסיטה ידועה) כאיש סגל, ופיתח את מעבדת הרובוטיקה שם במשך 14 שנה.

לארץ חזר לפני כחמש שנים, על מנת להקים את מחלקת הנדסת מכונות-מכטרוניקה – שילוב של הנדסת מכונות, אלקטרוניקה ומחשבים במכללה האקדמית יו"ש באריאל. "האתגר של להקים מחלקה מאפס הוא הזדמנות של פעם בחיים", הוא מתוודה. "באוניברסיטאות הקיימות זה כמעט בלתי אפשרי. גם יכולת ההשפעה שלי כאן הרבה יותר משמעותית. ב-UCLA הייתי דג קטן באגם גדול, כאן אני דג גדול באגם קטן. באריאל יכולתי לתפור את תכנית הלימודים כצלמי".

את הרעיון לפתוח דווקא מחלקה שעוסקת ברובוטיקה הגה יגאל כהן-אורגד, יו"ר הוועד הפועל של המכללה. "הרעיון שלו היה לא לפתוח עוד פקולטה להנדסת מכונות, אלא לחפש תחומי התמחות מיוחדים. הוא זיהה ביקוש של הסטודנטים ללמוד את הנושא. שילר, שבאותה תקופה חיפש דרכים לחזור ארצה, נסע מלוס אנג'לס לסן פרנסיסקו ליריד תעסוקה שנועד להחזיר ישראלים לארץ, פגש בנציג מהתעשייה שסיפר לו על הרעיון של אורגד ומשם קרמה היוזמה עור וגידים, בשעות רבות של שיחות טלפון טרנס-אטלנטיות.

שילר ארז את חפציו ושלח במכולה גם את המעבדה שלו מ-UCLA עם ציוד בשווי 60 אלף דולר ("לא באתי לקחת, באתי לתת"), והגיע ארצה בעיצומה של האינתיפאדה השנייה. "היו קצת חששות, אבל בתור מי ששירת בגולני בסדיר וגם במילואים ידעתי שאסור לוותר ולברוח. ואני לא מתחרט".

לא דומים לאדם
רובוטיקה הוא אחד התחומים החשובים במכטרוניקה. המילה רובוט נגזרת מ'רובוטה' – עבודה בשפה הצ'כית. רובוט הוא בעצם מכונה היודעת לבצע פעולות מורכבות יחסית באופן עצמאי.

הרובוטים קיימים כבר עשרות שנים בתעשייה, והרבה יותר מזה בספרות ובסרטים של מדע בדיוני. אך בניגוד לרושם שמתקבל מצפייה בסרטים, רוב הרובוטים אינם נראים כמו בני אדם, כיוון שהם נבנו לבצע תפקידים ספציפיים שאינם דורשים מהם צורה אנושית.

גם הציפיות שיצרו הספרים והסרטים מרובוטים שיחליפו את בני האדם ברוב התפקידים עתירי עבודת הכפיים, כמו ניקיון, בישול ותעשייה – לא התממשו.

פרופ' שילר מסביר שרק בשנות השמונים החלה מה שהוא מכנה 'מהפכת הרובוטיקה'. "היתה ממש בועה בתחום באותן שנים. נוצרו רובוטים תעשייתיים שידעו לרתך ולעשות פעולות בסביבות מסוכנות, כמו מכונות יציקה", הוא נזכר. "אז האמינו שתוך 20 שנה הרובוטים ישתלטו על כל תהליכי הייצור.

"הבועה הזו התפוצצה בשנת 87' – בדיוק בזמן שבו סיימתי את הדוקטורט בתכנון תנועה של רובוטים... וזה כמובן לא עזר לי לדחוף את הנושא באקדמיה".
אחת הסיבות לכישלון מהפכת הרובוטיקה ההיא טמון בממשק בין הרובוט לסביבה. "כשהרובוט לא צריך לגעת בכלום הוא עובד יפה, אבל ברגע שהוא נוגע במשהו העניינים מסתבכים", אומר שילר. "איך אנחנו מוודאים שהוא לא מפעיל כוח רב מדי? נניח שרובוט לוחץ לאדם את היד, איך מבטיחים שהוא לא ישבור אותה? זה תחום מסובך מאוד, שרק בשנים האחרונות הגיע לבשלות".

דוגמה להצלחה של הממשק בשנים האחרונות היא פרויקט ניסיוני של רובוט הנקרא 'אקסו-סקלטון' – מעין שלד חיצוני שמולבש על האדם, שמסוגל לשאת בעומסי משקל כבדים. צבא ארה"ב מתעניין בפרויקט, שעשוי לאפשר לחיילי חיל הרגלים לשאת משאות כבדים בלי להתאמץ.

בעיה נוספת שעיכבה את התפתחות הרובוטים היא יכולתם, או בעצם אי-יכולתם, להתמודד עם שינויים בסביבה, וגם עם זיהוי עצמים. שילר: "אדם צובר מספיק ניסיון כדי להבדיל בין כדורסל לשמש, למשל. לרובוט האבחנה הזו לא פשוטה כלל. כשהגעת למכללה כדי לראיין אותי אמרתי לך לחנות ליד הכיכר, לעלות במדרגות ולחפש את המשרד שלי. להעביר פקודות כל-כך מופשטות לרובוט ולצפות ממנו להתמודד עם המכשולים בדרך, זו בעיה קשה מאוד.

"אדם מפצה על חוסר מידע בניסיון. לרובוט אין יכולות כאלה. יעברו עוד הרבה שנים עד שרובוט יוכל לבצע פעילויות שאדם עושה כלאחר יד. זה לא צריך להפליא אותנו כל-כך. לאדם לוקח 20 שנה עד שהוא 'עומד על דעתו'. אם היינו מבינים איך מתפתח המוח האנושי והיינו נותנים לרובוט עשרים שנה ללמוד, אולי היינו יכולים לצפות מהם להתקרב ליכולות האנושיות. כיום אפשר להגיד שאפילו נמלה היא יותר חכמה מרובוט".

מאז התפוצצות הבועה המשיך תחום הרוובטיקה להתפתח, אבל בקצב הדרגתי, ובשנים האחרונות הגיע שוב להישגים מרשמים. ביפן פותחו רובוטים דמויי אדם שיודעים ללכת, לרדת מדרגות ולדבר.
שילר ביקר לפני כשלוש שנים בתצוגת רובוטים שממשלת יפן הקצתה לפיתוחם כ-50 מיליון דולר. אחד הרובוטים סייע לאדם לבנות קיר גבס ולסחוב משאות. רובוט אחר מסוגל להיכנס לכור גרעיני ולסגור את השיבר במקרה של דליפה. יש גם דגם שמתפקד כאחות רחמנייה, שיכול להגיע לחדר של החולה המתאים ולתקשר איתו וגם להדריך אותו בתנועות התעמלות, דבר שיכול להיות שימושי במקרים של חולים במחלות מידבקות הנמצאים בבידוד.

כל אלה אמנם הם רק אבות-טיפוס יקרים ביותר, אבל הם מוכיחים יכולות ומראים שהטכנולוגיה כבר הגיעה לבשלות. העובדה שממשלת יפן השקיעה סכומים גדולים בפרויקט הזה מוכיחה את מידת החשיבות שמייחסים לתחום בארץ השמש העולה.

רובוט לכל כיס
פריצת הדרך של הרובוטיקה היא היציאה לשוק של לפני כחמש שנים של 'רומבה', שפותח בשיתוף ה-MIT ועולה כ-200 דולר. "העובדה שקיים רובוט מסחרי לבית במחיר השווה לכל נפש", מסביר שילר, "יוצרת שינוי תודעתי ביחס של הציבור הרחב לרובוטים".

בשנים האחרונות חדרו הרובוטים לא רק לתעשייה ולבית, אלא גם לתחומי הרפואה. שילר: "יש כבר רובוט רפואי שיכול לבצע את פעולות הניתוח מרחוק. המנתח יושב במקום מרוחק ושולט בזרועות הרובוט, שמבצע את פעולת הניתוח עצמה. לרובוט יש כמה זרועות: אחת מבצעת את החיתוך, אחרת מצלמת, השלשית מאירה. בצורה כזו ניתן לבצע ניתוחים עם חיתוך קטן יותר בגוף ובדיוק גדול יותר. מערכת כזו קיימת כבר בארץ, אלא שהיא יקרה, ובגלל שאין עדיין מספיק כוח אדם מיומן להפעלתה הזמן שאורך הניתוח גדול יותר".

על-פי מחקרים חדשים, טוען שילר, בניתוחים שנערכו באמצעות רובוטים אחוזי הסיבוכים קטנים יותר והחולים מבריאים מהר יותר.
כיום, מגלה שילר, קיימת נטייה במקום לייצר רובוט 'כללי' שיודע לעשות הרבה דברים, לפתח רובוט שמתאים למשימה ספציפית. "אחד הרעיונות הוא לבנות הרבה רובוטים 'טיפשים' וזולים, ולשלוח אותם למשימה במקום רובוט אחד 'חכם' ומאוד יקר. לדוגמה: רובוטים שנועדו לתצפת על האויב בשדה הקרב: במקום לשלוח רובוט יקר ומורכב מאוד, שעלול לחטוף כדור תועה ולצאת מכלל פעולה, לשלוח עשרות או מאות רובוטים פשוטים. רובם אמנם לא ישרדו את המשימה – יאבדו בדרך או יפגעו על-ידי האויב – אבל המעטים שיגיעו יצליחו להביא את האינפורמציה החשובה.
כיוון מחקר נוסף לפיתוח רובוטים הוא חיקוי התנהגותן של חיות. לדוגמה, כיצד מוצאות נמלים את דרכן? הן שולחות סיירים קדימה. כל סייר משאיר מאחוריו שובל ריח. אם הוא מצא משהו – הוא חוזר באותו נתיב וכך מחזק את הריח. נמלים נוספות עוברות באותו מסלול והופכות את הנתיב לבעל ריח חזק. בשיטה דומה אפשר לפתח רובוטי סיור פשוטים, שיידעו לתקשר ביניהם – לאו דווקא באמצעות ריח.


הציבור מפחד
אחד התחומים החמים שבהם עוסק שילר הוא תכנון מסלולי תנועה של רובוטים. הבעיה העיקרית היא הימנעות מהתנגשויות. כשהמכשולים עומדים, זה קל יחסית. אך המציאות מורכבת הרבה יותר, והרובוט נדרש בדרך-כלל לנווט בסביבה יחד עם גורמים נוספים שנמצאים בתנועה, כמו בני אדם ומכוניות. שילר פיתח טכניקה שבה יוכל הרובוט הנע להתמודד גם עם מכשולים נעים, והוא נמצא בקשר גם עם הצוות שבונה את רכב החלל למאדים בנאס"א. גם חברת מכוניות אמריקנית גדולה מגלה עניין בפרויקט.

שילר: "אמנם מערכות שמתריעות על התנגשות חזיתית צפויה נמצאות בפיתוח, אך השיטה שלי יודעת לנתח מתי אפשר לשנות מסלול כדי להתחמק מתאונה, ויודעת גם להתמודד עם כבישים מתעקלים".

המערכת גם תדע לשבור את ההגה לבד?
"הצעתי להם את הרעיון לפני כשנתיים, אבל הם חששו להעביר את הפיקוד למכונה. לפני כמה חודשים, כשביקרתי שם שוב, שמעתי כבר זמירות חדשות.
"כבר לפני כעשור פותחו מערכות מהסוג הזה, שמאפשרות לנסוע בשיירות למשל. נסעתי אז במערכת ניסיונית כזו. הבעיה אינה טכנולוגית אלא פסיכולוגית – לא האמינו שהציבור יקבל את המערכת הזו. אני מאמין שאם היינו מכניסים אוטומציה ברכבים, מספר התאונות היה יורד משמעותית".

אז מה מעכב את הכנסת המערכות הללו לשימוש המוני?
"שני הגורמים שמונעים את זה הם הפחד מהטכנולוגיה, והחשש של חברות הרכב שאם ייגרמו תאונות בעקבות תקלות במערכת, הן יחטפו תביעות בסכומי עתק".
במערכות כאלה רואה שילר יתרון לתעשיות הישראליות: "לא צריך להיות מעצמת רכב כמו גרמניה, יפן או ארה"ב כדי לפתח מערכת התרעה כזו, ובארץ יש דווקא לא מעט חברות עם ניסיון בתחומים הרלוונטיים".

לומדים ומשווקים
מגמת המכטרוניקה, מסביר שילר, אמורה להכשיר מהנדסי מכונות שיש להם גם ידע נרחב באלקטרוניקה ומחשבים, וזה נעשה כבר משנות הלימוד הראשונות. בצורה כזו, טוען שילר, הסטודנטים מגיעים עם מוכנות טובה הרבה יותר לפרויקט הסיום – גולת הכותרת של הלימודים. "בנינו את תכנית הלימוד עם גישה שיווקית", מסביר שילר, "ובחירת הנושאים של הפרויקט נעשתה גם בהתאם לשיקולים כאלה. הרעיון היה לבנות מוצרים שאפשר יהיה למכור אותם לתעשייה, או אפילו להקים חברה שתשווק אותם".
בעוד כשבוע אמורים בוגרי המחזור הראשון להציג את פרויקטי הסיום שלהם. כדי להגביר את המודעות לשיווק הפרויקט דאג שילר לארגון שיתוף פעולה עם סטודנטים מהמחלקות לעיצוב ולכלכלה במכללה.

"אנשים אומרים לי: 'איזה מזל היה לך שהעיתונות והטלוויזיה מגלות עניין'. ואני עונה: זה לא מקרי. תכננו מראש את הנושא כך שיהיו לו השלכות לשוק הביתי. בסופו של דבר הגדרתי בעיה אחת: ניקוי הבית, וכל הסטודנטים נדרשו לפתור אותה באמצעות רובוט. ואכן, גם התקשורת גילתה עניין, כי זה נושא שמעניין את הציבור הרחב. למעשה, קיבלתי חמישה פתרונות שונים לאותה בעיה, וזה הכי מעניין. זה כמו לבחון את ההבדלים בין חמש כיפות שונות – לכל אחת הגודל, הצבע והעיטורים שלה, והיא מתאימה לפלח מסוים..."

ואכן, כמה חברות מגלות עניין בחלק מהרובוטים שפותחו בפרויקט, ושילר מתכנן לרשום פטנטים על כמה מהמוצרים שפותחו.
לשילר חזון לא רק להכשיר מהנדסים לתעשייה הקיימת, אלא גם לפתח תעשייה חדשה, "כדי שישראל תהיה על מפת הרובוטיקה העולמית. כיום אנחנו עדיין לא שם. מהפכת ההיי-טק של שנות ה-90 התמקדה בתוכנה ובתקשורת. בשני התחומים האלה אנו מעצמה עולמית. אבל כדאי לחשוב קדימה, כדי שננצח גם במהפכת הטכנולוגיה הבאה. אני מאמין שנושא הרובוטיקה יכול להוות חלק ממנה.

"בסופו של דבר הרובוטיקה מתבססת על תוכנה, תקשורת ובינה מלאכותית – נושאים שאנחנו חזקים בהם. גם במכניקה יש לנו תעשייה מפותחת. האתגר הוא לקשור את כל הנושאים יחד ולדחוף את נושא הרובוטיקה כנושא לאומי. כיום, כשצריך רובוט קונים אותו בחו"ל, אבל כשזקוקים למזל"טים מפתחים אותם כאן. אם נתייחס לרובוטים כמו אל המזל"טים, נהפוך די מהר למעצמת רובוטיקה עולמית".

יותר מדויק, יותר אמין
אחת הסיבות שאנשים נרתעים מטכנולוגיה היא חוסר הבנה, טוען שילר, שבשלב הבא מתכנן להקים מרכז השתלמויות לאנשי מקצוע, כמו רופאים או עורכי דין, על מנת לחשוף אותם ליכולות הטכנולוגיות. ולא רק אנשי מקצוע. לדעתו של שילר צריך לשלב את החינוך הטכנולוגי מגיל צעיר, כך שיוטמע בילדים.

"זה לא סביר שרק באוניברסיטה הסטודנטים ייחשפו לתחום. כדי להתבשל עם נושא צריך זמן, ואם עושים זאת רק בשנים האחרונות של האוניברסיטה זו החמצה. הפיסיקאי הגאוני ריצ'רד פיינמן, זוכה פרס נובל, כתב שהוא 'נדלק' על המדע מביקורים במוזיאונים עם אביו בגיל צעיר.

"כבר לפני 12 שנה הגיע אלי רופא שמבצע ניתוחי ראש ושאל אם אפשר לבצע ניתוח באמצעות רובוט ללקיחת דגימה לצורך ביופסיה. שאלתי אותו מה הדיוק שאתה צריך. 'פלוס-מינוס מילימטר', הוא השיב. צחקתי, כי אמנם בשביל אדם זה נחשב דיוק סביר, אבל לרובוט זה עלבון – אצלו הדיוק נמדד בחלקיקי מילימטר. לקחתי קופסת פלסטיק שקופה ומילאנו אותה בקשים צבעוניים, שדימו את כלי הדם. באמצע הקופסה הנחנו כדור פינג פונג, שדימה את הגידול שאותו רוצים לאבחן. בנינו מודל ממוחשב ותכננו את התנועה כך שהרובוט המנתי יגיע לכדור מבלי לפגוע ב'כלי הדם'. הוא כמובן ביצע את זה במהירות ובלי לפספס. "אם כל בעלי המקצוע יהיו פתוחים כמו אותו רופא, הם יגלו שיש לנו פתרונות טובים", הוא אומר.

כשאנחנו מגיעים למעבדה כדי לראות את רובוטי הפרויקט בפעולה, שילר מציג רובוט שנראה כמו חיפושית מגודלת. הוא אמור לנוע על גבי שולחן ולנקות אותו בלי ליפול. כשהוא הגיע לקצה קצת חששתי שהוא יצנח, והושטתי את ידי לבלימה. "אתה מפחד מהטכנולוגיה, כי אתה לא מספיק מבין אותה", טען שילר. ואכן, הרובוט-חיפושית הצליח לשנות כיוון ולחזור למרכז השולחן. אבל אחרי כמה סיבובים הוא בכל זאת נעצר על הקצה וסירב לזוז. הסתבר שאחד הגלגלים תקוע.

בסופו של דבר מדובר רק בפרויקט גמר של סטודנטים, ולא במוצר מסחרי, אך אולי התקרית הקטנה הזו מלמדת שלרובוטים יש עוד דרך ארוכה עד שיוכלו להחליף את בני האדם, אפילו במשימות פשוטות.

מרצים בהתנדבות
נושא בריחת המוחות מהאקדמיה הישראלית עלה לכותרות לאחרונה. לפרופ' שילר, כמי שמכהן כראש מחלקה בארץ וכמי שמכיר את האקדמיה האמריקנית שנים רבות, יש נקודת מבט רחבה על הבעיה.

"גיוס אנשי סגל בתחום שלי הוא קשה מאוד", הוא מבהיר. "כשכבר יש סטודנט מוכשר שמסיים, הוא בדרך-כלל נוסע לעשות פוסט-דוקטורט בחו"ל, ובדרך-כלל נשאר שם. לא רק בגלל התנאים הכלכליים, אלא גם משום שמרחב ההזדמנויות המקצועיות שם גדול הרבה יותר".

האוניברסיטאות בארץ מתחרות ביניהן על אותם סטודנטים מעטים שלא נושרים לחו"ל. בתחומי הטכנולוגיה בכלל יש בארץ מעט סטודנטים לתואר שני ושלישי. הסיבה לכך היא שלמהנדס שסיים תואר ראשון מוצעים תנאים הרבה יותר טובים בתעשיית ההיי-טק מאשר לדוקטור להנדסה באקדמיה. זה נכון גם בארה"ב, אלא ששם אפשר לחיות ברמת טובה משכר של איש אקדמיה. בארץ המשכורות כמעט מחפירות.

בארה"ב פתרו את בעיית המחסור על-ידי יבוא של סטודנטים זרים ממדינות רבות בעולם, דבר שאינו מתאים לנו. "לאחרונה, למשל, חיזרתי אחרי בוגר מוכשר מהטכניון, אבל הוא קיבל הצעה שלא יכולתי להתחרות בה מרפא"ל".

בארץ, אומר שילר, מרצה מתחיל שמגיע לאקדמיה מתקשה לגמור את החודש, וכתוצאה מכך הוא מוכרח לקבל על עצמו עוד כמה חלקי משרה ולהתרוצץ ביניהם. התוצאה היא שלא נותר לו זמן ושאר רוח למחקר. "ב-UCLA לא היו לי בעיות כאלה. אפשר לומר שחלק מהתפקיד שאני עושה פה אני מבצע בהתנדבות, אבל אני נהנה מהאתגר ומהסביבה", מסביר שילר. "אם חשובה לנו רמת האקדמיה, מוכרחים להתייחס ברצינות לבעיית השכר הנמוך", הוא מסכם.