«فوياجير 1 و2»... سفينتان فضائيتان قديمتان تسبران أعماق الكون

أقوى دليل على الوجود البشري في أبعد نقاطه

رسم تخيلي لسفينة «فوياجير»
رسم تخيلي لسفينة «فوياجير»
TT

«فوياجير 1 و2»... سفينتان فضائيتان قديمتان تسبران أعماق الكون

رسم تخيلي لسفينة «فوياجير»
رسم تخيلي لسفينة «فوياجير»

خارج النظام الشمسي، بعيداً عن الأرض وما يحيطها من أقمار صناعية، وبعيداً عن المرّيخ حيث تؤدي العربات الجوالة أعمالها الاستكشافية، وبعيداً عن كوكب المشتري ومسباره الدوّار، تغوص سفينتان فضائيتان في أعماق الفضاء المليء بالنجوم.
رحلة «فوياجير»
عبرت هاتان السفينتان الحدّ المرئي الفاصل بين نظامنا الشمسي وأي مدى آخر، إلى منطقة لا تطالها تأثيرات الشمس. ورغم أن البشر استطاعوا أن يروا عمق هذا الكون بفضل التلسكوبات الدقيقة التي تلتقط الضوء المنبعث من النجوم البعيدة، فإن هذه النقطة التي وصلتها السفينتان هي أبعد ما سافر إليه الإنسان، وهاتان السفينتان المعدنيتان البرّاقتان هما الدليل الحسّي الأبعد في هذا الكون على وجودنا البشري.
أقلعت السفينتان «فوياجير» عام 1977 حاملتين معدّات علمية وسجلّات ذهبية محشوة بالمعلومات. واليوم، لا تزالان على بعد ملايين الأميال، مستمرّتين في التواصل مع الأرض وجمع البيانات، ولكنّهما «تتقدّمان في السنّ».
تزداد السفينتان اللتان تتحرّكان باتجاهين مختلفين قليلاً، ضعفاً سنة بعد سنة، حيث إن دفاعاتهما التي تحافظ على توازنهما تعاني من التآكل، فضلاً عن أنّ المولّدات التي تزودهما بالطاقة أصبحت تنتج 40 في المائة أقلّ من الطاقة الكهربائية التي كانت تنتجها عند الإطلاق.
للحفاظ على استمرار نشاط سفينتي «فوياجير»، وفي إطار التحضير لما قد يكون السنة الأخيرة للبعثة، يُجبر المهندسون على اتخاذ قرارات صعبة من مسافات بعيدة، إذ إنهم يبلغون السفينتين بتوجيهات تحملها موجات الرّاديو، بضرورة إيقاف نظاميهما والتحوّل إلى الاحتياطات لترشيد استهلاك كلّ واط واحد من القدرة الكهربائية. تقول كاندي هانسن، عالمة في معهد علوم الكواكب والتي عملت في بعثة «فوياجير» في السبعينات والثمانينات: «يوماً ما، سيكون علينا أنّ نودّعهما».
ولكنّ هذه اللحظة لم تحِن بعد. فقد قام المهندسون هذا الصيف بالإيعاز إلى سفينة «فوياجير 2» لتشغيل مجموعة من الدفّاعات (محركات دفع صغيرة) التي لم تستخدمها منذ 1989. وتساعد هذه الدفّاعات السفينة في الحفاظ على توازنها، ولكنّ الدفّاعات التي كانت تستخدمها السفينة سابقاً كانت تعاني من التلف، أي أنّها كانت يجب أن تشغل أكثر حتى بلوغ نهايتها، بحسب «ناسا».
يؤدّي فقدان الدفّاعات السليمة إلى خسارة السفينة لقدرتها على الحفاظ على ثبات اتجاه هوائياتها نحو الأرض، أي نقطة التواصل بين السفينة والمسؤولين عنها على الأرض. وكانت سفينة «فوياجير 1» قد خاضت التحوّل نفسه العام الماضي.
ترشيد الطاقة كما عمد المهندسون إلى إطفاء أداة تسخين تؤدي إلى الحفاظ على الحرارة المطلوبة لاستمرار عمل أحد مكونات «فوياجير 2» في المناطق الجليدية في الفضاء، ويوفّر إطفاء السخّان على البعثة أربعة واط من القدرة الكهربائية وهو ما يوازي خسارتها خلال عام. وبعد أشهر من التشاور، قرّر العلماء أنّ التضحية بهذه الأداة، التي ساعدت العام الماضي في التأكيد على أنّ السفينة غادرت النظام الشمسي، كان مناسباً.
في المقابل، تحمّلت أجهزة عديدة أخرى خسارة سخّاناتها واستمرّت في العمل لعدّة سنوات أحياناً. تقول «ناسا» إنّ حرارة جهاز الأشعّة الكونية، وهو الهدف الأحدث لقرار الترشيد، قد انخفضت إلى 59 درجة مئوية تحت الصفر، أي أقلّ بكثير من الدرجة التي صمدت فيها خلال الاختبارات الأرضية. ولكنّ هذا الجهاز مستمرّ حتى اليوم في جمع البيانات والتواصل مع الفريق على الأرض.
السخّانات الموجودة في مركبتي «فوياجير» هي التالية على لائحة إيقاف التشغيل، إذ تقول سوزان دودّ، مديرة مشروع «فوياجير» في مختبر «ناسا» للدفع النفّاث إنّ «الفريق قد يُجبر يوماً ما على تعطيل أحد الأجهزة الهندسية التي تساعد السفينة على التواصل مع الأرض. وفي حال نجحت الخطوة، سنكسب 2 واط إضافيين، أمّا إن فشلت، فسنخسر البعثة».
لم يكن أحدٌ يفكّر بالكون العميق بين النجوم عندما تمّ إرسال بعثة «فوياجير». فقد بنى العلماء والمهندسون رؤيتهم المستقبلية لعمل المركبتين على مسافة قريبة من الأرض، أي الكواكب الأخرى المصطفّة بترتيب نادر أتاح للمركبتين التنقّل من كوكب إلى آخر. ويعتبر رالف ماك نات، العالم المخضرم في «ناسا»، الذي يواصل العمل على البعثة حتّى اليوم، أنّ «السفينتين فوياجير، وعلى عكس جميع التوقعات، ظلا زائرين غير متوقّعين من البشر إلى بداية الفضاء الذي يقع بين النجوم نفسها».
أعماق الكون
وصلت السفينتان أوّلاً إلى كوكب المشتري، والتقطتا صوراً تفصيلية غير مسبوقة لدوّامات الأعاصير فيه. بعدها، انتقلت «فوياجير 1» إلى كوكب زحل، الذي شكّل قمره الأكبر «تيتان» مصدر اهتمام للعلماء والذي تبيّن لاحقاً أنّه أحد أغرب البقع في نظامنا الشمسي وموطن محتمل للحياة خارج كوكب الأرض. ولو لم تجمع «فوياجير 1» بيانات مهمّة كافية قبل الانتقال، كان سيُعاد توجيه «فوياجير 2» للمحاولة من جديد. ولكنّ دوران الأولى حول الكوكب نجح وسمح لـ«فوياجير 2» بتجاوز زحل والمضي نحو كوكبي أورانوس ونبتون.
لم يمرّ الكثير من الوقت قبل أن يتّخذ العلماء أولى خطواتهم لتوفير الطاقة. فبعد المرور بجميع كواكب النظام الشمسي، لم يكن هناك الكثير لتصويره باستثناء بعض النجوم البعيدة. لهذا السبب، عمد المهندسون إلى إيقاف تشغيل الكاميرات الموجودة في المركبتين. تقول هانسن، التي عملت في فريق التصوير، إنّه «وفي حال أعاد المهندسون اليوم تشغيل هذه الكاميرات، ستؤدّي حتماً إلى تدمير كلّ الأجهزة الأخرى الموجودة على متن المركبتين».
غادرت «فوياجير 1» النظام الشمسي في 2012. وتبعتها «فوياجير 2» في السنة اللاحقة. وسجّلت السفينتان عملية الانتقال، ورصدت الأدوات العلمية الموجودة على متنهما تغييرات كبيرة في البيئة الكونية المحيطة بهما، حيث اختفت لمسة الرياح الشمسية والذرّات غير المرئية التي تغلّف النظام الشمسي بفقاعة حامية. وقبل سنوات قليلة، عطّل المهندسون بعض الأجهزة. أمّا تلك التي لا تزال فعّالة حتى اليوم، فهي مصممّة لدراسة الظواهر القليلة القابلة للرصد في الفضاء النجمي، كالأشعة الكونية والحقول المغناطيسية.
طلبت وكالة «ناسا» من العلماء دراسة إمكانية إرسال مسبار نجمي آخر، ولكن لم يتمّ إرسال أي بعثات رسمية حتى اليوم. في الوقت الحالي، لا يوجد إلا سفينتي «فوياجير» في تلك البقعة من الكون، ولكن في يوم من الأيّام، سيحضر المهندسون إلى عملهم وهم يتوقّعون تلقّي إشارات ضعيفة من المركبتين أو رسائل قد تتطلّب ساعات وربّما يوماً كاملاً لتخطّي المدى الواسع وبلوغ هوائيات الأرض خاصة في حالة «فوياجير». وقد لا يسمعون شيئاً وقد لا يتمكنّون من معرفة السبب حتّى.
قد يحدث مثلاً أنّ السفينتين تعملان دون سخّانات، فأصبحتا باردتين إلى درجة تجمّد الوقود، مما أدّى إلى انقطاع الطاقة التي تحتاجها الدفاعات للحفاظ على ثبات الهوائيات باتجاه الأرض؛ أوّ قد يكون أنّ المرسلات، أي الأجهزة التي ترسل وتستقبل الإشارات، قد فرغت من الطاقة. وكان دودّ قد توقّع تحقّق هذا السيناريو عام 2020. لا شكّ في أنّ خطّ الاتصال غير المرئي الذي وصل الباحثين والمهندسين بالمركبتين لأربعة عقود متواصلة سينقطع في النهاية. وقد يستمرّ جهاز أو اثنين في العمل، لتستمرّ سفينتا «فوياجير» في تسجيل مسيرتيهما عبر المجرّات، وترك بصمة تاريخية مع كلّ ميلٍ إضافي تقطعانه، ولكنّهما عندها لن تستطيعان التواصل مع الكوكب الأمّ.

- «أتلانتك أونلاين»،
خدمات «تريبيون ميديا».



«جراح آلي» بذكاء اصطناعي دُرّب على مشاهدة فيديوهات طبية

«جراح آلي» بذكاء اصطناعي دُرّب على مشاهدة فيديوهات طبية
TT

«جراح آلي» بذكاء اصطناعي دُرّب على مشاهدة فيديوهات طبية

«جراح آلي» بذكاء اصطناعي دُرّب على مشاهدة فيديوهات طبية

«تخيل أنك بحاجة إلى إجراء عملية جراحية في غضون بضع دقائق لأنك قد لا تنجو... لا يوجد جراحون في الجوار ولكن يوجد روبوت جراحي مستقل متاح يمكنه إجراء هذا الإجراء باحتمالية عالية جداً للنجاح، هل ستغتنم الفرصة؟» هذا ما أجابني به طالب ما بعد الدكتوراه بجامعة جونز هوبكنز عبر البريد الإلكتروني، لدى سؤالي عن التطوير الجديد.

تعليم الروبوت بمقاطع فيديو للجراحة

لأول مرة في التاريخ، تمكن كيم وزملاؤه من تعليم الذكاء الاصطناعي استخدام آلة جراحة آلية لأداء مهام جراحية دقيقة، من خلال جعلها تشاهد آلاف الساعات من الإجراءات الفعلية التي تحدث في ردهات جراحية حقيقية. ويقول فريق البحث إنه تطور رائد يتجاوز حدوداً طبية محددة ويفتح الطريق لعصر جديد في الرعاية الصحية.

وفقاً لورقتهم البحثية المنشورة حديثاً، يقول الباحثون إن الذكاء الاصطناعي تمكن من تحقيق مستوى أداء مماثل لجراحي البشر دون برمجة مسبقة.

جراحة بتوظيف الروبوت

تدريب على العروض بدلاً من البرمجة

وبدلاً من محاولة برمجة الروبوت بشق الأنفس للعمل -وهو ما تقول ورقة البحث إنه فشل دائماً في الماضي- قاموا بتدريب هذا الذكاء الاصطناعي من خلال شيء يسمى التعلم بالتقليد، وهو فرع من الذكاء الاصطناعي حيث تراقب الآلة وتكرر الأفعال البشرية. سمح هذا للذكاء الاصطناعي بتعلم التسلسلات المعقدة للأفعال المطلوبة لإكمال المهام الجراحية عن طريق تقسيمها إلى مكونات حركية. وتترجم هذه المكونات إلى أفعال أبسط -مثل زوايا المفاصل ومواضعها ومساراتها- والتي يسهل فهمها وتكرارها وتكييفها أثناء الجراحة.

توظيف روبوت «دافنشي» للتدريب

استخدم كيم وزملاؤه نظام دافنشي الجراحي كأيدٍ وعيون لهذا الذكاء الاصطناعي. ولكن قبل استخدام المنصة الروبوتية الراسخة (التي يستخدمها الجراحون حالياً لإجراء عمليات دقيقة محلياً وعن بُعد) لإثبات نجاح الذكاء الاصطناعي الجديد، قاموا أيضاً بتشغيل محاكاة افتراضية. وقد سمح هذا بتكرار أسرع وتحقق من السلامة قبل تطبيق الإجراءات التي تم تعلمها على الأجهزة الفعلية.

«كل ما نحتاجه هو إدخال الصورة، ثم يجد نظام الذكاء الاصطناعي هذا الإجراء الصحيح»، كما يقول كيم. كانت روبوتات دافنشي أيضاً مصدر مقاطع الفيديو التي حللها الذكاء الاصطناعي، باستخدام أكثر من 10000 تسجيل تم التقاطها بواسطة كاميرات المعصم أثناء العمليات الجراحية التي يقودها الإنسان.

تعلّم 3 مهام جراحية

وكان الهدف تعلم ثلاث مهام جراحية: التعامل مع إبرة جراحية وتحديد موضعها، ورفع الأنسجة والتلاعب بها بعناية، والخياطة -كلها مهام معقدة تتطلب تحكماً دقيقاً وحساساً للغاية.

مكنت مجموعة البيانات واسعة النطاق هذه الذكاء الاصطناعي من تعلم الاختلافات الدقيقة بين الإجراءات الجراحية المتشابهة، مثل شدة التوتر المناسب اللازم للتعامل مع الأنسجة دون التسبب في ضرر.

تعد مقاطع الفيديو التدريبية هذه جزءاً صغيراً جداً من مستودع واسع النطاق للبيانات الجراحية. مع ما يقرب من 7000 روبوت دافنشي قيد الاستخدام في جميع أنحاء العالم، هناك مكتبة ضخمة من العروض الجراحية للمراقبة والتعلم منها، والتي يستخدمها فريق البحث الآن لتوسيع ذخيرة الذكاء الاصطناعي الجراحية لدراسة جديدة لم تُنشر بعد.

«في عملنا المتابع، والذي سنصدره قريباً، ندرس ما إذا كانت هذه النماذج يمكن أن تعمل في الإجراءات الجراحية طويلة المدى التي تنطوي على هياكل تشريحية غير مرئية»، يكتب كيم، في إشارة إلى الإجراءات الجراحية المعقدة التي تتطلب التكيف مع حالة المريض في أي وقت معين، مثل إجراء عملية جراحية على جرح داخلي خطير.

التحقق من صحة النموذج المطور

أثناء التطوير، عمل الفريق عن كثب مع الجراحين الممارسين لتقييم أداء النموذج وتقديم ملاحظات حاسمة (خاصة فيما يتعلق بالتعامل الدقيق مع الأنسجة)، والتي قام الروبوت بدمجها في عملية التعلم الخاصة به.

أخيراً، للتحقق من صحة النموذج، استخدموا مجموعة بيانات منفصلة غير مدرجة في التدريب الأولي لإنشاء محاكاة افتراضية، ما يضمن قدرة الذكاء الاصطناعي على التكيف مع السيناريوهات الجراحية الجديدة وغير المرئية قبل الشروع في اختبارها في الإجراءات المادية. أكد هذا التحقق المتبادل قدرة الروبوت على التعميم بدلاً من مجرد حفظ الإجراءات، وهو أمر بالغ الأهمية بالطبع نظراً للعدد المجهول المحتمل الذي قد ينشأ في غرفة العمليات.

جراح آلي «ذو خبرة»

كل شيء سار بشكل جميل إذ تعلم نموذج الروبوت هذه المهام إلى مستوى الجراحين ذوي الخبرة. يقول أكسل كريغر، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية في جامعة جونز هوبكنز والمؤلف الرئيسي للدراسة، في بيان عبر البريد الإلكتروني: «إنه لأمر سحري حقاً أن يكون لدينا هذا النموذج حيث كل ما نقوم به هو تلقيمه مدخلات الكاميرا، ويمكنه التنبؤ بالحركات الروبوتية اللازمة للجراحة». «نعتقد أن هذا يمثل خطوة مهمة إلى الأمام نحو أفق جديد في مجال الروبوتات الطبية».

تطوير رائد

إن أحد مفاتيح هذا النجاح هو استخدام الحركات النسبية بدلاً من التعليمات المطلقة. ففي نظام دافنشي قد لا تنتهي الأذرع الآلية إلى حيث هي مقصودة تماماً بسبب التناقضات الطفيفة في حركة المفصل التي تتراكم على مدار عدة حركات ويمكن أن تؤدي في النهاية إلى أخطاء كبيرة -خاصة في بيئة حساسة مثل الجراحة. كان على الفريق إيجاد حل، لذا بدلاً من الاعتماد على هذه القياسات، قام بتدريب النموذج على التحرك بناءً على ما يلاحظه في الوقت الفعلي أثناء إجراء العملية.

لكن الابتكار الرئيسي هنا هو أن التعلم بالتقليد يزيل الحاجة إلى البرمجة اليدوية للحركات الفردية. قبل هذا الاختراق، كانت برمجة الروبوت للخياطة تتطلب ترميزاً يدوياً لكل حركة بالتفصيل. يقول كيم إن هذه الطريقة كانت أيضاً عرضة للخطأ وتشكل قيداً رئيسياً في تقدم الجراحة الروبوتية. إذ إنها حدت مما يمكن للروبوت فعله بسبب جهود التطوير، والافتقار إلى المرونة التي جعلت من الصعب للغاية على الروبوتات القيام بمهام جديدة.

ومع ذلك، يسمح التعلم بالتقليد للروبوت بالتكيف بسرعة مع أي شيء يمكن مشاهدته، والتعلم على غرار طالب الجراحة. «(نحن) نحتاج فقط إلى جمع بيانات التعلم التقليدي لإجراءات مختلفة، ويمكننا تدريب الروبوت على تعلمها في غضون يومين»، كما يقول كريغر. «هذا يسمح لنا بالتعجيل نحو هدف الاستقلالية مع تقليل الأخطاء الطبية وتحقيق جراحة أكثر دقة».

تقييم مدى النجاح

لقياس مدى نجاح الذكاء الاصطناعي، حدد الباحثون مقاييس الأداء الرئيسية، مثل الدقة في وضع الإبرة والاتساق في التلاعب بالأنسجة باستخدام مجموعة من البيئات الجراحية الوهمية المادية، والتي تضمنت محاكيات الأنسجة الاصطناعية والدمى الجراحية. وكانت النتائج مذهلة. يقول كريغر: «النموذج جيد جداً في تعلم الأشياء التي لم نعلمه إياها. على سبيل المثال، إذا أسقط الإبرة، فسوف يلتقطها تلقائياً ويستمر».

لا تعد هذه القدرة على التكيف مهمة فقط لمواصلة تعلم مهارات جديدة ولكنها أيضاً ضرورية للتعامل مع الأحداث غير المتوقعة في الجراحات الحية، مثل تمزق الشريان أو تغير العلامات الحيوية للمريض فجأة. بالإضافة إلى ذلك، أظهر النموذج كفاءة زمنية محسنة، ما أدى إلى تقليل وقت الانتهاء للمهام الجراحية القياسية مثل الخياطة بنحو 30 في المائة، وهو أمر واعد بشكل خاص للعمليات الحرجة من حيث الوقت.

ويتصور العلماء سيناريو حيث تساعد هذه الروبوتات الجراحين في المواقف عالية الضغط، وتعزيز قدراتهم وتقليل الخطأ البشري. سيؤثر جراحو الذكاء الاصطناعي المستقبليون بشكل كبير على توفر الرعاية الجراحية، مما يجعل التدخلات الطبية عالية الجودة متاحة لعدد أكبر.

اللوائح التنظيمية وأخلاقيات الطب

هناك أيضاً تحديات أخلاقية وتنظيمية يجب معالجتها قبل نشر مثل هذا الذكاء الاصطناعي في بيئات جراحية حقيقية دون إشراف بشري. فالقفزة نحو الروبوتات الجراحية المستقلة تثير مخاوف أخلاقية جديدة.

هناك قضية المساءلة: من سيكون مسؤولاً إذا حدثت مشكلة؟ الشركة التي صنعت الجراح الذكي؟ المهنيون الطبيون الذين يشرفون عليه (إذا كان هناك أي إشراف)؟ هناك أيضاً مسألة موافقة المريض، والتي ستتطلب تثقيف كل من الشخص الذي يخضع للجراحة والأشخاص المحيطين به حول ماهية هذا الذكاء الاصطناعي، وما الذي يمكنهم فعله بالضبط، وما هي المخاطر التي تشكلها الروبوتات مقارنة بالجراحين البشر.

يعترف كيم بأن المستقبل الآن في منطقة رمادية حيث يمكن للجميع مجرد التكهن بما يجب أن يحدث أو سيحدث. ستكون أيدي السلطات التنظيمية مشغولة، من معالجة المساءلة والمخاوف الأخلاقية عند السماح لجراحي الذكاء الاصطناعي بالعمل بشكل مستقل، إلى وضع معايير للحصول على موافقة مستنيرة من المرضى.

ولكن عند الاختيار بين إجراء عملية جراحية طارئة منقذة للحياة بواسطة جراح مستقل أو عدم تلقي العلاج لأن الجراح البشري غير متاح (مثلاً في مكان بعيد أو منطقة متخلفة)، يزعم كيم أن الخيار الأفضل واضح. يمكنني بسهولة أن أتخيل مستقبلاً قريباً حيث يبدأ الناس في اختيار روبوتات الذكاء الاصطناعي على نظرائهم من البشر - في ظل وجود دليل إحصائي على أن جراحي الذكاء الاصطناعي يعملون بأمان.

وبعيداً عن التحديات الأخلاقية والقانونية، هناك حاجة إلى المزيد من العمل لتمكين التنفيذ العملي. ستحتاج المستشفيات إلى الاستثمار في البنية الأساسية التي تدعم جراحة الروبوتات بالذكاء الاصطناعي، بما في ذلك الأجهزة المادية والخبرة الفنية للتشغيل والصيانة. بالإضافة إلى ذلك، سيكون تدريب الفرق الطبية على إدارة العملية أمراً بالغ الأهمية. فالأطباء سيحتاجون إلى فهم الآلة ومتى يكون التدخل ضرورياً، وفي النهاية تحويل الجراحين البشريين من المهام الجراحية المباشرة إلى أدوار تركز على الإشراف والسلامة.

جراحات بسيطة أولاً

على المستوى العملي، يتصور الباحثون تقدماً تدريجياً، بدءاً بجراحات أبسط وأقل خطورة مثل إصلاح الفتق والتقدم تدريجياً إلى عمليات أكثر تعقيداً. سيساعد النهج التدريجي في التحقق من موثوقية الروبوت مع معالجة المخاوف التنظيمية والأخلاقية بمرور الوقت، فضلاً عن مساعدة السكان على الثقة في الذكاء الاصطناعي لإجراء العمليات الحرجة للحياة.

يقول كريغر: «ما زلنا في المراحل الأولى من فهم ما يمكن أن تحققه هذه الآلات حقاً. الهدف النهائي هو الحصول على أنظمة جراحية مستقلة تماماً وموثوقة وقابلة للتكيف وقادرة على إجراء العمليات الجراحية التي تتطلب حالياً اختصاصياً مدرباً تدريباً عالياً».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»

اقرأ أيضاً