שיחת חתך מארחת את ד"ר יסמין מרוז

מאת: אורי אורלין, מור קסטין ואדר סטולרו מליחי

.........................................................................

ד"ר יסמין מרוז היא דוקטור לכימיה פיזיקלית, אשר מעבדה מהפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת תל אביב, לוקחת חלק במחקר אירופאי בינתחומי העוסק בתנועת רובוט בהשראת תנועת הצמחים המטפסים.  במיזם המכונה Growbot'', במסגרת תכנית מחקר של האיחוד האירופי התומכת בטכנולוגיות העתיד, שותפה המעבדה יחד עם עוד שמונה מעבדות ממדינות שונות באירופה ומעולמות תוכן שונים כמו: רובוטיקה, מתמטיקה, מדעי החיים, מדעי החומרים. תרומתה למחקר של קבוצת החוקרים בהובלתה של ד"ר מרוז, היא בתחום מדעי החיים והתנהגות הצמחים.

מיזם  growbot

במסגרת תוכנית מחקר של האיחוד האירופי, המקדמת מחקר ופיתוח של טכנולוגיות פורצות דרך, הוקם מיזם משותף המורכב מ-9 מעבדות מרחבי אירופה כאשר המטרה המשותפת היא אחת: לפתח את הרובוט הצומח הראשון. רובוט הפועל בדומה לצמח מטפס ומסוגל לתפקד ולשרוד בתנאי שטח מורכבים. מאזורים מוכי אסון כמו רעידות אדמה ועד מרחבים דמיוניים כמו החלל החיצון או סביבה של כור אטומי. המחקר נמצא בראשית דרכו, כך שאין עוד רובוט פועל, אולם ממצאים ראשוניים וכיוונים ראשונים לפיתוח כבר קיימים.

מקור ההשראה לתנועה בעולם הרובוטיקה

עד היום מרבית ההשראה עבור עולם הרובוטיקה לאופן בו נוצרת תנועה, הגיע מעולם החי. בעלי חיים, בין אם הם נעים על ארבע רגליים, משתמשים בשריר בשביל לנוע ויציבות התנועה מבוססת על שיטת תיקון תמידית ביחס לנקודת אפס.

חיקוי של תנועה באופן הזה מהווה ברוב המקרים יתרון בעולם הרובוטיקה. אך תנועה זו היא עדיין מוגבלת ולא יכולה לשרוד בכל תנאי סביבה. בניגוד לעולם החי, עולם הצומח מתקדם באמצעות גדילה – הוספת חומר. זאת גם הסיבה שמאוד קשה לאמוד תנועה של צמחים בעין בלתי מזויינת. אם נסתכל על תנועה של הצמח באמצעי צילום מתקדמים נוכל לאמוד אותה בצורה מדויקת. אך בנוסף להיותה בצמיחה תמידית היא גם לא מוגבלת. כל עוד ניתן להוסיף חומר, הצמח יכול להתקדם.

התנועה הצפויה של הצמח

לצמחים יש שני "חיישנים" מרכזיים שדרכם הם מנווטים בעולם – חיישן אור וחיישן כבידה. חיישן האור מוביל את גדילת הצמח תמיד לכיוון האור, באמצעות הורמונים שמשפיעים על המקום ממנו הצמח ממשיך לגדול. ד"ר מרוז הראתה מספר ניסויים המציגים איך כיוון גדילה של אותו צמח משתנה בכל פעם שמשנים את מקור האור. חיישן הכבידה של הצמח מאותת לו על המצאות הכיוון או כח הכבידה – למטה. כלומר, הצמח תמיד יידע לצמוח בכיוון אליו הוא מיועד ביחס לקו האופק ולא ביחס לתוואי הקרקע.

ברוב המקרים הכיוון למטה יהיה מנוגד לכיוון השמש, כך שלצמח לא תהיה דילמה לאן לצמוח. אך מה קורה אם משנים את מיקום התאורה כל הזמן? גם שאלה זו נחקרת במעבדה ומסתבר שהתשובה מאוד צפויה. עד כדי כך צפויה שהיא יכולה לבוא לידי ביטוי בנוסחה שיכולה בהמשך לשמש את צוות המחקר.

ואיך צמחים מטפסים?

ככל שבניין גבוה יותר כך הוא גם נדרש לבסיס רחב וחזק יותר -  אך האם צמח מטפס צריך בסיס רחב וחזק בשביל לגדול? בניגוד לבניין, צמח מטפס לא צריך בסיס חזק. מבנה העלים והגבעולים שלו צר וקל ובניית היציבות שלו מתבססת על תמיכה והיאחזות לכל אורכו. תמיכה שמושגת באמצעות קנוקנות וחומר דביק המאפשרות אחיזה במגוון שטחים. "טכנולוגיה" זו יכולה להביא צמחים מטפסים עד לגובה של כ-200 מטר, או אפילו לייצר גשר טבעי מעל מים זורמים.

השמה של מאפיינים אלו בעולם הרובוטיקה, תאפשר לרובוט להתקדם באופן לא מוגבל בכל תוואי. קיימות מספר דוגמאות לטכנולוגיות המיישמות את אותה פעולה, אך עדיין בשלבים ראשוניים.

על קבלת החלטות והתנהגות של צמחים

מלבד היכולת לייצר נוסחה מתמטית המתארת את אופן תנועתם של צמחים במרחב ביחס לאור ולכבידה, מעבדתה של ד"ר מרוז חוקרת גם מאפיינים התנהגותיים של צמחים. מחקר שדרש לטענתה חידוד מאוד מורכב של תופעות התנהגותיות בסיסיות כמו 'קבלת החלטות'. בהרצאתה הדגימה את אופן ההתנהגות של צמחים דרך שלושה אלמנטים התנהגותיים – תקשורת, זיכרון וקבלת החלטות.

האם צמחים מדברים?

קיימים שני סוגי תקשורת בין צמחים – כימית ומכאנית. התקשורת הכימית מתבצעת על ידי הפרשה של חומר כימי המאפשר לצמחים לזהות קרבה של צמח נוסף. התקשורת המכאנית מתקיימת על ידי זיהוי שינוי בצפיפות חומר שבו גדל הצמח. לדוגמא – שורשים של צמח מסוים ידעו לגדול באופן שלא "יתנגש" עם שורשים של צמח הנמצא בקרבתו.

האם לצמח יש זיכרון?

קל להדגים את אלמנט הזיכרון של צמח דרך האופן בו החמנייה מתנהגת. החמנייה משנה את כיוון הפרח שלה בהתאם לכיוון השמש במהלך היום. כלומר, היא תתחיל את היום כשהיא פונה לכיוון מזרח ותסיים אותו כשהיא פונה לכיוון מערב. אך התופעה המרתקת היא שבסוף היום החמנייה תחזור בדיוק למקום בו השמש תזרח. משמע, החמנייה "זוכרת" איפה השמש יצאה בתחילת אותו יום.

להיות או לא להיות

למדנו שלצמחים חיישנים של אור וכבידה, באמצעותם הם מנווטים את דרכם בעולם. אך מלבד העובדה שהגדילה מתבצעת באמצעות הורמון המוביל את כיוון הגדילה בהתאם למיקום האור, ד"ר מרוז הוסיפה כי הבחירה לאן לצמוח אינה אוטומטית. הצמח 'בוחר' את כיוון הצמיחה שלו בהתאם לממוצע האור בפרק זמן נתון. בזרע הצמח קיימת מספיק אנרגיה בשביל לצמוח עד פתיחת העלה הראשון לביצוע הפוטוסינתזה ובשביל שהזרע לא יבזבז "אנרגיה מיותרת" בשלב כל כך קריטי הוא צומח למקום "הנכון".

על אף שהמחקר במסגרת מיזם GROWBOT נמצאים בשלב מאוד ראשוני ניתן לראות שהחזון הוא גדול ומהפכני. תוצר של רובוט המתקדם באמצעות הוספת חומר ומקבל את השראתו מעולם הצומח, יוביל ככל הנראה לעוד הרבה פיתוחים משמעותיים – בעולם הרובוטיקה, הנדסת החומרים והמדע. אך עד שיווצרו כל התגליות ו"יוולד" הרובוט המיוחל, בהחלט ניתן ללמוד כבר היום על חשיבותה של השראה. לא רק בעולמות העיצוב.

ד"ר מרוז סיימה את הרצאתה עם ציור של הצייר הצרפתי אנרי רוסו – "טיגריס בסערה טרופית" – כהשראה והמחשה לכוח עמידותם של צמחים. כי בעוד שהטיגריס נמצא במנוסה בעת הסערה, הצמחים שבתמונה לא זזים ממקומם.

"ואם צמחים שלא זזים ממקומם עמידים לכל כך הרבה שינויים סביבתיים – כנראה שיש משהו נכון במה שהם עושים..."

חזרה לבלוג לדף הבית