في الطبيعة، تحتوي السلوكيات الطبيعية مثل تجمع الطيور للبحث عن الطعام والتحرك بكفاءة، وتشكل الأسماك في أسراب لتجنب الحيوانات المفترسة، وتكتل النحل لتعزيز التكاثر، على حكمة فريدة. اليوم، يحاول مجال الذكاء الاصطناعي محاكاة هذه السلوكيات من خلال تنسيق حركة الطائرات بدون طيار أو الروبوتات، لتحسين عمليات البحث والإنقاذ، وتحديد حرائق الغابات في مناطق واسعة، وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن تطوير طرق للتحكم في هذا الذكاء الاصطناعي (ذكاء السرب) والاستفادة منه يواجه صعوبات جمة.

مؤخرًا، في ورقة بحثية نشرت في Proceedings of the National Academy of Sciences، وصف فريق دولي من العلماء إطارًا جديدًا يهدف إلى تعزيز ذكاء السرب، أي التحكم في الأسراب والتجمعات بطريقة مشابهة للطبيعة.

أشار ماتان يا بن صهيون، الأستاذ المساعد في مركز دوندرز للإدراك بجامعة رادبود الهولندية وأحد مؤلفي الورقة البحثية، إلى أن أحد التحديات الكبيرة في تصميم أسراب الروبوتات هو إيجاد آليات تحكم لامركزية. ففي الطبيعة، تشكل الأسماك والنحل والطيور هياكل منظمة وتعمل بشكل جيد دون قائد واحد أو أوامر، في حين أن الأسراب الاصطناعية أقل مرونة، ويصعب التحكم فيها على نطاق واسع.

لمواجهة هذا التحدي، طور فريق البحث، الذي يضم علماء من جامعة نيويورك مثل ماثياس كاسيوليس (Mathias Casiulis) وستيفانو مارتينياني (Stefano Martiniani)، قواعد تصميم هندسية لتجمع الجسيمات ذاتية الدفع. تستخدم هذه القواعد النمذجة الحسابية الطبيعية، المشابهة للشحنات "الموجبة" و"السالبة" التي تشكل أساس تكوين المادة في البروتونات والإلكترونات.

وفقًا للقواعد، تمتلك الجسيمات النشطة التي تتحرك تحت تأثير قوى خارجية خاصية جوهرية تسبب انحناءها – وهي "الانحناء". أوضح البروفيسور مارتينياني، الأستاذ المساعد في الفيزياء والكيمياء والرياضيات بجامعة نيويورك، أن الانحناء يقود السلوك الجماعي للسرب، مما يعني إمكانية التحكم في ما إذا كان السرب سيتجمع، أو يتحرك كتيار، أو يتكتل.

أكدت سلسلة من التجارب استنتاجات الفريق. أظهرت التجارب أن المعايير القائمة على الانحناء يمكنها التحكم في التجاذب بين أزواج الروبوتات، ويمكن توسيعها بشكل طبيعي لآلاف الروبوتات. يُنظر إلى كل روبوت على أنه يحمل انحناءً موجبًا أو سالبًا، مشابهًا للشحنة الكهربائية، حيث يتحكم الانحناء في التفاعلات بين الروبوتات.

وضح بن صهيون أن هذا "الانحناء" المشابه للشحنة يمكن ترميزه مباشرة في الهيكل الميكانيكي للروبوت، وقيمته تحدد كيفية تجاذب الروبوتات لتتجمع معًا أو كيف تنحرف عن بعضها لتشكل أسرابًا. كما ذكر أن العثور على قواعد تصميم للخصائص الهندسية مثل الانحناء يمكن تطبيقها في الروبوتات الصناعية أو روبوتات التوزيع، أو الروبوتات الدقيقة بحجم الخلية، مما قد يحسن توصيل الأدوية والعلاجات الطبية الأخرى.

أضاف كاسيوليس أن هذه القواعد تستند إلى ميكانيكا أساسية، ويصبح تنفيذها في الروبوتات المادية بسيطًا. على نطاق أوسع، يحول هذا العمل تحدي التحكم في الأسراب إلى تمرين في علم المواد، ويوفر قواعد تصميم بسيطة لهندسة الأسراب في المستقبل، مما يفتح اتجاهات تطوير جديدة في مجال تصنيع الأجهزة المتطورة.