الروبوتات الحيوية

نظرية التحكم الآلي مفهومٌ عريقٌ يعود تاريخه إلى قرونٍ مضت، وتحديدًا إلى عهد أفلاطون الذي استخدم المصطلح للإشارة إلى "حكم البشر". وقد استُخدم مصطلح " التحكم الآلي" (Cybernetique) في منتصف القرن التاسع عشر من قِبَل الفيزيائي أندريه ماري أمبير. ^{[ 3 ]} وشاع استخدام مصطلح "علم التحكم الآلي" (Cybernetics) في أواخر أربعينيات القرن العشرين للإشارة إلى فرعٍ من فروع المعرفة يتداخل مع فروعٍ أخرى راسخة، كالهندسة الكهربائية والرياضيات وعلم الأحياء، ولكنه منفصلٌ عنها. ^{[ 3 ]}

يُساء فهم علم التحكم الآلي غالبًا نظرًا لاتساع نطاق التخصصات التي يشملها. في أوائل القرن العشرين، صِيغَ هذا المصطلح كمجال دراسي متعدد التخصصات يجمع بين علم الأحياء والعلوم ونظرية الشبكات والهندسة. واليوم، يشمل جميع المجالات العلمية ذات الصلة بالعمليات المتعلقة بالأنظمة. يهدف علم التحكم الآلي إلى تحليل الأنظمة والعمليات لأي نظام أو مجموعة أنظمة في محاولة لجعلها أكثر كفاءة وفعالية. ^{[ 3 ]}

يُستخدم مصطلح "علم التحكم الآلي" كمصطلح شامل، لذا تمتد تطبيقاته لتشمل جميع المجالات العلمية المتعلقة بالأنظمة، مثل علم الأحياء، والرياضيات، وعلوم الحاسوب، والهندسة، والإدارة، وعلم النفس، وعلم الاجتماع، والفنون، وغيرها. ويُستخدم علم التحكم الآلي في العديد من المجالات لاكتشاف مبادئ الأنظمة، وتكيف الكائنات الحية، وتحليل المعلومات، وغير ذلك الكثير. ^{[ 4 ]}

على الرغم من أن البشر قد عدّلوا المادة الوراثية للحيوانات والنباتات عبر الانتقاء الاصطناعي لآلاف السنين (مثل الطفرات الجينية التي طوّرت نبات التيوسينت إلى ذرة والذئاب إلى كلاب)، فإن الهندسة الوراثية تشير إلى التعديل أو الإدخال المتعمد لجينات محددة في الحمض النووي للكائن الحي. حدثت أول حالة ناجحة للهندسة الوراثية في عام 1973 عندما تمكن هربرت بوير وستانلي كوهين من نقل جين مقاوم للمضادات الحيوية إلى بكتيريا. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

توجد ثلاث تقنيات رئيسية مستخدمة في الهندسة الوراثية: طريقة البلازميد، وطريقة الناقل، وطريقة القذف البيولوجي. ^{[ 11 ]}

للهندسة الوراثية استخدامات عديدة في مجالات الطب والبحث العلمي والزراعة. ففي المجال الطبي، تُستخدم البكتيريا المعدلة وراثيًا لإنتاج أدوية مثل الأنسولين وهرمونات النمو البشري واللقاحات. وفي مجال البحث العلمي، يُعدّل العلماء الكائنات الحية وراثيًا لمراقبة التغيرات الجسدية والسلوكية وفهم وظيفة جينات محددة. أما في الزراعة، فتُعدّ الهندسة الوراثية بالغة الأهمية، إذ يستخدمها المزارعون لزراعة محاصيل مقاومة لمبيدات الأعشاب والحشرات، مثل الذرة المعدلة وراثيًا (BTCorn). ^{[ 14 ] [ 15 ]}

يعود تاريخ علم الإلكترونيات الحيوية إلى مصر القديمة، حيث عُثر على إصبع قدم اصطناعي مصنوع من الخشب والجلد على قدم مومياء. ويُقدّر تاريخ هذه المومياء بنحو القرن الخامس عشر قبل الميلاد. كما يُمكن ملاحظة وجود الإلكترونيات الحيوية في اليونان وروما القديمتين، حيث صُنعت أطراف اصطناعية للجنود مبتوري الأطراف. في أوائل القرن السادس عشر، برز الجراح العسكري الفرنسي أمبرواز باريه كأحد رواد هذا المجال، واشتهر بصناعة أنواع مختلفة من الأطراف الاصطناعية العلوية والسفلية. ومن أشهر ابتكاراته "لو بوتي لورين"، وهي يد ميكانيكية تعمل بمشابك ونوابض. وفي أوائل القرن التاسع عشر، واصل أليساندرو فولتا تطوير علم الإلكترونيات الحيوية، ووضع أسس صناعة المعينات السمعية من خلال تجاربه، حيث اكتشف أن التحفيز الكهربائي يُمكن أن يُعيد السمع عن طريق زرع غرسة كهربائية في العصب السمعي للمريض. في عام 1945، أنشأت الأكاديمية الوطنية للعلوم برنامج الأطراف الاصطناعية، الذي ركز على تحسين الأطراف الاصطناعية نظرًا لوجود عدد كبير من الجنود مبتوري الأطراف خلال الحرب العالمية الثانية. ومنذ ذلك الحين، شهدت مواد الأطراف الاصطناعية وأساليب التصميم الحاسوبي والإجراءات الجراحية تطورًا ملحوظًا، مما أدى إلى ظهور علم الإلكترونيات الحيوية الحديث. ^{[ 16 ]}

تجمع المجتمعات المختلطة بين مجموعة من الحيوانات (المجتمع الحيواني) ومجموعة من الأجهزة الروبوتية (المجتمع الاصطناعي). يجب توخي الحذر عند استخدام مصطلح "المجتمع"، إذ قد يكون الاسم مُضللاً في أوساط علماء الحيوان المتخصصين في هذا المجال؛ والمصطلح الأدق هو "المجموعات السكانية" ^{[ 23 ]} ، وهو المصطلح المُستخدم أيضاً في بقية هذا القسم.

عادةً، يتألف مجتمع الروبوتات من نسخ روبوتية لأفراد الحيوانات المستهدفة، بهدف دمجها ضمن مجتمع الحيوانات. ولتحقيق ذلك، تُصدر الروبوتات محفزات تستشعرها الحيوانات بشكل طبيعي، وذلك عبر قنوات اتصال مختلفة: إشارات بصرية، ونبضات حرارية، وإشارات اهتزازية، وغيرها. ويُشار إلى مدى نجاح الروبوتات في الاندماج مع مجتمع الحيوانات بالقبول البيولوجي، وهو عامل أساسي في كثير من الأحيان لإجراء دراسات سلوكية معمقة على الأنواع المستهدفة. ^{[ 32 ]}

بمجرد تحقيق التفاعل بين الحيوانات والروبوتات من خلال إنشاء قنوات اتصال فعّالة، تُتيح المجتمعات المختلطة إمكانية تطوير سلوكيات روبوتية تكيفية مدفوعة بتغذية راجعة فورية من الحيوانات. فمن خلال الاستجابة المباشرة لسلوك الحيوانات، تستطيع الروبوتات تعديل تصرفاتها ديناميكيًا لتحسين اندماجها في المجموعة. وتُعد هذه القدرة ذات قيمة خاصة لفهم السلوكيات الجماعية في مجموعات الحيوانات. ويمكن استخدام الروبوتات التكيفية لتطبيق نماذج لأدوار أو تفاعلات محددة داخل المجموعة، مما يُتيح اختبار الفرضيات المتعلقة بالتنسيق، واتخاذ القرارات، والتنظيم الاجتماعي. ويربط هذا النهج بين التقنيات التجريبية وتقنيات النمذجة، في محاولة لتقديم رؤى ثاقبة حول الآليات الكامنة وراء السلوك الجماعي. ^{[ 33 ]}