הצצה לעתיד – פרויקט מיוחד: למה כולנו נעבור לאכול מזון מהמים ואיזו מצלמה תדאג שזה יקרה? מה יחליף את חלב הפרה? איך נקצר את טיפולי ההפריה? למה דווקא החולדה תשפר את טיפולי הפסיכולוג? איך הרחפן שישתלט לנו על החיים יהיה יעיל בהרבה? מערכת N12 נברה במחקרים ישראלים פורצי דרך שנערכים בימים אלה במוסדות מובילים בהם הטכניון, אוניברסיטאות תל אביב וחיפה, בית החולים איכילוב, מכללת תל חי, המכון הוולקני ועוד – ומביאה לכם על קצה המזלג את התחזית לחיים של כולנו.
הרחפן שיזיז את העולם: מכף ידכם ועד למרחקים מפתיעים
פרה, מאחורייך: תחליף החלב הכי דומה שיש
תדמיינו שכל שדה הראייה שלכם מוגבל לטווח של מטר על מטר, כשרוב הצבעים נעלמים כמעט לחלוטין, בראות חשוכה ומטושטשת. למעשה, זה מה שקורה לחוקרי הים העמוק: הם נאלצים להתמודד עם סביבה קשה, עוינת וכזו שכמעט ואי אפשר לראות בה – גם לא בעזרת מצלמות מקצועיות. פיתוח ישראלי חדש יכול לשנות את התמונה שמתקבלת במצולות - ולאפשר לנו לדעת הרבה יותר.
במעבדה לדימות ימי של ד"ר טלי טרייביץ, מבית הספר למדעי הים ע"ש ליאון צ'רני של אוניברסיטת חיפה, מפתחים בשנים האחרונות טכנולוגיות חדישות ופורצות דרך. המטרה: לשפר בצורה דרמטית מאוד את יכולת הראייה הממוחשבת שלנו מתחת לפני המים, לצד תכנון מערכות מבוססות בינה מלאכותית שיוכלו לנוע ולפעול באופן אוטונומי במעמקים, בהתבסס על יכולת הראייה המשופרת הזו.
"הים העמוק הוא סביבה מאתגרת ואף עוינת לבני אדם, ולכן אנחנו שולחים רובוטים וצוללות אוטונומיות כדי לפעול שם", מסבירה ד"ר טלי טרייביץ. "המצלמות הן העיניים של הכלים הללו ולכן יש חשיבות רבה לאפשר להם לראות כמו שצריך – ואף לקבל החלטות על סמך הראייה הזו. לטכנולוגיות שאנחנו מפתחים במעבדה יש חשיבות רבה מבחינה מדעית וכלכלית".
אז מה באמת החשיבות המדעית והכלכלית שעומדת במוקד הפיתוח? כמו שכולנו יודעים, משבר האקלים כבר כאן ובגלל העלייה בטמפרטורות, בעתיד הלא רחוק הרבה יותר שטחים על האדמה יהיו בלתי ראויים לגידול מזון. העתיד של האנושות בכלל ושל מדינת ישראל בפרט נמצא במידה רבה בחקר הים: כבר כיום, חלק ניכר מהמים שאנו שותים מגיעים מהים, ולכן הים הופך בהדרגה לספק מזון בעל חשיבות רבה.
ולא מדובר רק במזון, אלא ממש באוויר שאנחנו נושמים: כל מולקולת חמצן שנייה שאנחנו נושמים מגיעה מהים. למעלה מ-95% מהסחורות שנכנסות לישראל מגיעות דרך הים; תגליות הגז האדירות נמצאות כמובן בעומק הים וכל זאת בלי שהזכרנו את חשיבות הים לפנאי והנופש שלנו. אז אחרי שהחשיבות לכלכלה ולמדע ברורה, חשוב להבין מה הן הבעיות הקיימות בחקר הים - ואיך פיתוח חדש כחול לבן יכול לשפר את המצב.
"זקוקים ל'עיניים' אמינות במים"
הים הוא סביבה קשה למחקר. חוסר היכולת לנשום, הלחץ העצום, המרחבים הבלתי נגמרים ועוד קשיים לא מעטים הביאו לכך שחלק גדול מהפעילות המחקרית והכלכלית נעשית באמצעות רובוטים או צוללות בלתי מאוישות. אלא שגם הכלים המתוחכמים הללו מתמודדים עם קושי מרכזי: יכולות ראייה נמוכות מאוד. האור המועט שנכנס, בנוסף לתווך הימי שמנחית ומפזר את האור ומעוות את הצבע שלו, הופכים את היכולת להפיק תמונה באיכות טובה לקשה במיוחד. "הראייה הממוחשבת על האדמה היא תחום מאוד מפותח, שנכנס כיום ליותר ויותר מקומות – זיהוי פרצופים, רכבים אוטונומיים ועוד. בניגוד גמור לכך, ראייה ממוחשבת מתחת למים הוא תחום שקיים בו חסר רב בגלל הקשיים הרבים שטמונים בתווך הימי", מבהירה ד"ר טרייביץ.
"המשמעות המחקרית והכלכלית של היכולת לראות בעומק הים היא עצומה: חברות אנרגיה שצריכות לבצע סקרים בעומק הים; מדינות או גופים בין-לאומיים כמו האו"ם שרוצים לבצע סקרים אקולוגיים בים; יזמים שרוצים להקים חוות דגים וכמובן חוקרים שרוצים להבין אינספור שאלות מדעיות – כל אלה זקוקים כיום ל'עיניים' אמינות בתוך המים. וכשאין להם כאלה, אז הכל הופך להיות איטי יותר, יקר יותר ומדויק פחות", היא מסבירה.
המדע שעומד בבסיס הפיתוחים של ד"ר טרייביץ וחבריה למעבדה עוסק בשחזור הצבע וחידוד האיכות. המטרה של החוקרים שעוסקים בשיפור ראייה תת ימית היא לייצר תמונות שהמים "הוצאו" מהם – כלומר, כאילו שאותה סצנה צולמה בסביבה שאין בה מים. לשם כך הם צריכים לדעת כיצד המים השפיעו על התמונה – אלא שהשפעה זו משתנה בין עומקים שונים, מרחקים שונים של העצמים בתמונה, אזורים שונים ואפילו משתנים באותו מקום בעקבות רוחות, סערות ומשתנים נוספים.
המשוואה שהייתה מוכרת עד כה לחוקרים לקחה בחשבון את הקשר שבין הפרמטרים השונים של המים והתמונה הסופית התבססה על קירובים רבים (קירוב הוא ייצוג לא מדויק של ביטוי מתמטי). בכמה מחקרים שפורסמו על ידי ד"ר טרייביץ ועמיתיה, הם הראו שהמשוואה הייתה לא מדויקת – והציעו משוואה חדשה שמאפשרת להם לשחזר את התמונות בדיוק גבוה הרבה יותר ובצבע.
זיהוי מוקשים ימיים ממרחק כפול
אז למה זה חשוב לנו ומה אפשר לעשות עם המשוואה החדשה והמדויקת הזו? בסדרת מחקרים אחת, הראתה ד"ר טרייביץ שיש יכולת לזהות מוקשים ימיים במרחק כפול מזה שכל הטכנולוגיות האחרות הצליחו. ולמרות שאולי נראה שהשימוש במוקשים ימיים עבר מן העולם, במלחמה השקטה יחסית בין ישראל לאירן עושים לא פעם שימוש באמצעי העתיק.
"מוקשים תת ימיים מוסווים היטב על הקרקעית וקשה מאוד להבחין בהם מרחוק. במחקר שערכנו הראינו שבטכנולוגיות האחרות, המפעיל שישב על הספינה ועקב אחר צילומי הצוללת הצליח לזהות את המוקשים ממרחק של כשני מטר ואילו בעזרת הטכנולוגיה שלנו, הוא הצליח לעשות זאת במרחק כפול. במציאות, להתקרב עד כדי שני מטר למוקש עלול להיות מסוכן מאוד והמוקש עלול להתפוצץ. בעזרת הטכנולוגיה שלנו זה קרה מהר יותר, בטוח יותר ומדויק יותר", היא אמרה. כעת עובדים במעבדה שלה על פיתוח של אלגוריתם שיאפשר לצוללת לזהות באופן עצמאי את המוקש – ולא להסתמך על מפעיל אנושי שיעשה זאת.
היכולת לזהות עצמים בעומק הים חיברה את ד"ר טרייביץ למחקר אחר שנעשה במימון האו"ם - שם ביקש צוות מורחב של חוקרים, כולל ד"ר רועי דיאמנט (גם הוא מבית הספר למדעי הים של אוניברסיטת חיפה) לזהות ולספור להקות של דגים. יכולת כזו חשובה עבור קובעי מדיניות שצריכים לדעת אם יש השתנות בכמויות הדגה בים. הפרויקט משלב בין יכולות זיהוי על פי צליל לבין זיהוי על פי ראייה. המערכת שומעת את הדגים ונותנת למצלמה הוראה להידלק, ואז היא צריכה לזהות איזה סוג של דגה חולף מולה וכמה דגים נמצאים בלהקה, גם אם מדובר בלהקות של מאות ואלפי פריטים.
השילוב שבין אקוסטיקה וראייה תת ימיים נמצא במוקד של פרויקט נוסף, למיפוי שוניות אלמוגים. שוניות האלמוגים מהוות את "יערות הגשם" של האוקיינוסים ויש להם תפקיד משמעותי בהבטחת חמצן נקי לכדור הארץ. היכולת לפתח צוללת שמסוגלת לנוע לבד סביב שוניות הענק ולצלם אותן ברזולוציה גבוהה היא קריטית למחקר האקולוגי של כדור הארץ. בכלל, שיפור יכולות הראייה כדי לאפשר מחקר טוב יותר של אלמוגים הוא מהותי במעבדה של ד"ר טרייביץ.
"מאפשר לחקור את בעלי החיים בסביבה הטבעית שלהם"
טכנולוגיה אחרת שפותחה במעבדה שלה היא של צילום פוטו-גרמטרי. צילום של אלפי תמונות שמאפשרות לבצע מיפוי מושלם של האובייקט המצולם – מקבץ אצות, ספינה טרופה או שונית אלמוגים – כך שניתן לעקוב אחרי שינויים מזעריים בין מיפוי למיפוי באמצעות עיבוד מידע תלת-ממדי. בנוסף, מכיוון שהאלמוגים מפיצים אור פלורסנטי, שאינו נקלט במצלמות רגילות, הראו החוקרים והחוקרות במעבדה של ד"ר טרייביץ ששימוש במצלמות פלורסנטיות תת ימיות מאפשר לחוקרים לזהות אלמוגים צעירים, כאלה שנמצאים בשלב ההתפתחות המוקדם ביותר שלהם, כשהם בגודל של 1 ס"מ – מה שאי אפשר לעשות בצילום לא פלורסנטי.
פיתוח חדשני אחר של ד"ר טרייביץ הוא מיקרוסקופ תת ימי. בנוסף לכל הקשיים שכבר הוזכרו כדי לייצר תמונה מדויקת מתחת למים, לפיתוח מיקרוסקופ תת ימי מצטרפים הקשיים שנובעים מכך שהצולל שמחזיק את המיקרוסקופ זז כל הזמן והאובייקטים שרוצים להביט עליהם זזים אף הם. "חלק גדול מבעלי החיים החשובים ביותר החיים במעמקי הים הם זעירים עד מיקרוסקופיים", מחדדת ד"ר טרייביץ. "אותם פוליפים של אלמוגים בגודל של כ-1 מ"מ או מיקרו פלנקטונים, הם אחראים על 50% מתהליך הפוטו סינתזה שבים. בזכות המיקרוסקופ התת ימי אנחנו מאפשרים לחוקרים לחקור את אותם יצורים בסביבת המחיה הטבעית שלהם".
לאור החשיבות העצומה של יכולות הראייה התת-ימיות, הקימה ד"ר טרייביץ, יחד עם "כרמל" (החברה הכלכלית של אוניברסיטת חיפה) את חברת ההזנק SEAERRA. החברה מתמקדת במסחור הטכנולוגיות עבור כל מי ש"חי מתחת למים" – חברות אנרגיה שמקימות מתקנים תת ימיים, יזמים של חוות דגים, גופים אקולוגיים, מדינות או גופי מחקר. בעתיד, אולי תפנה החברה חלק ממשאביה עבור פיתוח טכנולוגיות לשיפור ראייה ממוחשבת גם מעל למים. "אין ספק שהטכנולוגיות שלנו יכולות לספק פתרונות טובים לראייה ממוחשבת במקרים של סערה למשל. התחום של ראייה ממוחשבת מעל למים מפותח מאוד ויש עוד שיטות אחרות להתמודד עם הבעיה, אבל בהחלט ייתכן שהחברה שלנו תציע אופציה נוספת – בתקווה כמובן שתהיה גם טובה יותר", היא סיכמה.
