از کمشنوایی تا رمزگشایی ارتعاش قورباغهها
تلفیق تجربه شخصی بیلی گولزبی با کمشنوایی و علم دقیق؛ چگونه ساخت یک بچهقورباغه رباتیک به کلید درک ارتباطات پیچیده و لرزشی میان والدین و فرزندان در گونههای سمی تبدیل شد؟ این کشف علمی، مرزهای شناخت ما از زندگی پنهان دوزیستان را جابجا کرده است.
به گزارش سیناپرس، تجربه بیلی گولزبی از کمشنوایی به او کمک کرد تا یک بچه قورباغه رباتیک بسازد و آن را به ابزاری برای رمزگشایی از زندگی پنهان و خارقالعاده دوزیستان تبدیل کند.
وقتی نوزادان برخی از قورباغههای سمی با والدین خود صحبت میکنند، نه قورقور میکنند و نه آواز میخوانند. در عوض، آنها به زبان ارتعاشات سخن میگویند و با اجرای نوعی رقص پیچ و تابدار روی بدن مادر یا پدرشان با آنها ارتباط برقرار میکنند. والدین به شکلی نامعلوم از روی این لرزشها میزان گرسنگی فرزندان خود را تشخیص میدهند.
به نقل از نیچر، دانشمندان هنوز به طور دقیق نمیدانند این ارتعاشات از سوی بچه قورباغهها چگونه به دستورالعملهایی برای والدین تبدیل میشوند. اما زمانی که بیلی گولزبی در سال ۲۰۲۰ پژوهش دکترای خود را در دانشگاه استنفورد کالیفرنیا آغاز کرد، احساس میکرد برای بررسی این پرسش آمادگی ویژهای دارد. گولزبی از بدو تولد کمشنوا بود و مادرش با زبانی با او ارتباط برقرار میکرد که مانند شیوه ارتباط دوزیستان، شامل لمس نیز میشد.
گولزبی میگوید: ارتباط میان والدین و فرزندان اغلب مهمترین و اصلیترین تعامل میان موجودات اجتماعی است. والدین واقعا به آنچه بچههایشان میگویند، اهمیت میدهند.
گونههای مختلف قورباغههای سمی که لورن اوکانل، استاد راهنمای دکترای گولزبی، در آزمایشگاه مطالعه میکند، به شیوههایی از فرزندان خود مراقبت میکنند که شاید شگفتآور به نظر برسد. در بسیاری از گونهها، پدرها بچه قورباغههای تازه از تخم درآمده را بر پشت خود سوار میکنند و به حوضچههای کوچک آب، مانند بقایای آب بارانی که در میان برگها جمع شده است، میبرند. پدر قورباغه سمی تقلیدگر (Ranitomeya imitator) هر یک از دو تا چهار بچه قورباغه خود را در حوضچهای جداگانه قرار میدهد و هر روز به آنها سرکشی میکند.
اگر در آب بایستد و لرزش یک بچه قورباغه را احساس کند، بیوقفه برای جفت خود آواز میخواند تا او را به آنجا بیاورد. مادر نیز لرزشهای بچه قورباغه را احساس میکند و تصمیم میگیرد که آیا باید یک تخم بارورنشده برای تغذیه او بگذارد یا خیر.
گولزبی برای رمزگشایی از نحوه گفتوگوی اعضای این خانواده، با مهندسان استنفورد همکاری کرد و رباتی منحصربهفرد ساخت که ارتعاشات یک بچه قورباغه را شبیهسازی میکند. پروژه او نه تنها در حال آشکار کردن اسرار زبان دوزیستان است، بلکه شیوه همکاری و ارتباط دانشمندانی را که با او کار میکنند نیز متحول کرده است.
گولزبی، مادرش را که معلم مدرسه است، «یک ابرقهرمان» مینامد. زمانی که او در حال رشد بود، مادرش راههایی برای برقراری ارتباط با او پیدا کرد؛ برای مثال با استفاده از لمس، او را در میان جمعیتهای پر سر و صدا هدایت میکرد. همچنین به او یاد داد که با توجه به احساسی که صداها در دهانش ایجاد میکنند، واژهها را درست تلفظ کند.
گولزبی میگوید: برای من، حس لمس بسیار قابل توجهتر از چیزی است که برای بیشتر افراد اهمیت دارد.
وقتی او از دبیرستان کوچک خود در ایالت جورجیا به دانشگاه بوستون در ماساچوست رفت، در کلاسهای پرجمعیت درس گفتار با مشکل روبهرو شد. او به یاد میآورد که به استاد شیمیاش گفته که کمشنوا است، اما واقعا میخواهد در حوزه علم باقی بماند. معلم به او گفت که آدمهایی مثل تو در حوزه علم یا پزشکی دوام نمیآورند.
اما در کلاسهای زبان اشاره آمریکایی (ASL) در برنامه مطالعات ناشنوایان دانشگاه، گولزبی با استادانی آشنا شد که خود ناشنوا یا کمشنوا بودند و پیامی کاملا متفاوت دریافت کرد.
او میگوید: آنها میگفتند میتوانی هر کاری انجام دهی و میتوانی آن را با تمام وجود و هویت واقعی خودت انجام بدهی. او یاد گرفت نیازهایش را بیان کند؛ مثلا از افراد بخواهد هنگام صحبت نزدیک او بمانند و رو به او حرف بزنند.
در دوران تحصیل زیستشناسی، گولزبی شروع کرد به فکر کردن درباره «راههای سازگارانهای که حیوانات برای موفقیت در محیط خود به کار میگیرند». برای مثال، او با خود میاندیشید اعضای یک خانواده قورباغه که والدین آنها روی خشکی زندگی میکنند و نوزادان در آب، چگونه با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند؟
گولزبی وقتی به آزمایشگاه اوکانل پیوست، به دنبال راهی برای پاسخ به این پرسش گشت. اگر ابزاری داشت که بتواند رقص یک بچه قورباغه را به صورت مصنوعی تقلید کند، میتوانست محرکی را که والدین دریافت میکنند، کنترل کرده و سیگنالی را که آنها را به غذا دادن به فرزندانشان وادار میکند، رمزگشایی کند اما چنین ابزاری وجود نداشت.
گولزبی ایمیلی به آزمایشگاه «بیومیمتیک و دستکاری ماهرانه» استنفورد فرستاد؛ آزمایشگاهی که پیشتر ابزارهایی الهامگرفته از زیستشناسی ساخته بود، از جمله رباتی که مانند مارمولک گکو از دیوار بالا میرود. او پرسید آیا علاقهای به ساخت یک بچه قورباغه رباتیک دارند؟
این ربات باید بسیار کوچک، بیصدا و قابل استفاده در زیر آب میبود و همچنین لازم بود مانند یک بچه قورباغه واقعی «جنبوجوش» داشته باشد. گولزبی میگوید: کمی نگران بودم که این ایده را برای متخصصان رباتیک مطرح کنم. فهرست خواستههایم واقعا طولانی بود.
با این وجود، تونی چن، دانشجوی ارشد تحصیلات تکمیلی که به ایمیل او پاسخ داد، میگوید پروژه از همان ابتدا توجهش را جلب کرده است. او میگوید: این یک چالش مهندسی فوقالعاده جالب بود.
قرار بود ربات درون یک حوضچه مصنوعی کوچک که در واقع یک قوطی فیلم عکاسی بود در محوطه زندگی والدین قرار گیرد.
چن ابتدا به استفاده از سامانه پنوماتیکی فکر کرد تا با فشار هوا ربات را به حرکت درآورد، اما این روش حباب تولید میکرد. او سپس استفاده از سامانه هیدرولیکی را بررسی کرد تا ربات با آب کار کند، اما این کار خطر بالا آمدن بیش از حد سطح آب داخل ظرف را به همراه داشت.
در نهایت او از موتوری استفاده کرد که بیرون از محفظه قرار میگرفت؛ جایی که سروصدا و لرزشهای آن مزاحم قورباغهها نمیشد و در سیگنالهای ارتباطی آنها اختلال ایجاد نمیکرد. این موتور با یک سیم بلند به سازوکار جنبش ربات متصل بود. چن بدنه دو سانتیمتری ربات را با سیلیکون خاکستری تیره پوشاند تا ظاهر پوست یک بچه قورباغه واقعی را شبیهسازی کند.
او در این مسیر درک تازهای از دشواریهای پژوهش درباره رفتار حیوانات پیدا کرد: بسیاری از متغیرها قابل کنترل نبودند، آزمایشها زمان زیادی میبردند و سوژههای آزمایش هم نمیتوانستند بعد از پایان کار، پرسشنامه پر کنند. پس از هر آزمایش با ربات، پژوهشگران دور هم جمع میشدند و درباره مواردی که موفقیتآمیز یا ناموفق بودهاند، گفتوگو میکردند.
برای مثال، وقتی نخستین نسخه رباتیک این بچه قورباغه که آن را «تدبات» نامیدند، برای والدینش رقصید، بخشی از پیام در ترجمه گم شد. قورباغههای پدر ربات را در حال تکان خوردن دیدند و به شکلی عجیب روی آن سوار شدند.
اوکانل توضیح میدهد که آن نسخه از ربات بیش از حد بزرگ و زمخت بود و ارتعاشاتش نیز درست نبود. پژوهشگران دریافتند زبان بچه قورباغهها بسیار ظریفتر از چیزی است که تصور میکردند.
امواجی که فراتر رفتند
پیشرفت واقعی زمانی رخ داد که گولزبی در یک کنفرانس با لورنزی راجرز، زیستشناس حسی گفتوگو کرد. راجرز در آن زمان در دانشگاه واشنگتن در سیاتل روی رساله دکترای خود درباره واکنش ماهیهای تادفیش به صداها کار میکرد. او پیشنهاد داد به استنفورد بیاید و تجهیزات خود را نیز همراه بیاورد.
پس از آنکه راجرز به پژوهشگران کمک کرد دامنه و فرکانس ارتعاشات واقعی درخواست غذای بچه قورباغهها را اندازهگیری کنند، گولزبی میگوید: توانستیم تدبات را دقیقا روی همان سیگنال تنظیم کنیم. سرانجام ربات او آماده بود و دقیقا همان حرکات را انجام میداد.
وقتی تدبات به شکل صحیح میلرزید، والدین قورباغه بیشتر به سراغ آن میآمدند. دانشمندان دستکم بخشی از این رمز را شکسته بودند. اما آیا پدر و مادر قورباغه همان طور که از یک فرزند واقعی مراقبت میکنند، از نوزاد رباتیک خود نیز مراقبت میکردند؟
در آزمایشها، گولزبی منتظر میماند تا یک پدر، بچه قورباغهای را به حوضچه داخل محفظه منتقل کند. سپس آن بچه قورباغه را مخفیانه برمیداشت و به جای آن تدبات را قرار میداد. او بچه قورباغه واقعی را در حوضچهای دیگر و دور از دید نگه میداشت تا بتواند هر روز آب تدبات را با همان آب که همراه با گلولای و مگسهای مرده بود و بچه قورباغه واقعی در آن شنا میکرد، تعویض کند. به این ترتیب ربات بوی نمونه واقعی را به خود میگرفت.
یک دوربین امنیتی خانگی محفظه را زیر نظر داشت و هر زمان یکی از والدین به حوضچه ربات نزدیک میشد، به تلفن همراه گولزبی هشدار میفرستاد. او سپس از راه دور تدبات را روشن میکرد و بسته به شرایط، یا حرکت عادی شنا کردن را فعال میکرد یا رقص درخواست غذا را.
به نظر میرسید تدبات توانسته است پدرهای قورباغه را متقاعد کند؛ آنها پس از احساس ارتعاشات ربات، برای جفت خود آواز میخواندند. اما با وجود اینکه مادرها در پاسخ به این فراخوان به کنار حوضچه میآمدند، هیچکدام تخمهای خوراکی را برای تغذیه ربات نگذاشتند.
این موضوع نشان میدهد ارتباط بچه قورباغهها چیزی فراتر از رقص ارتعاشی آنهاست. گولزبی میگوید: بچهقورباغهها گاهی پشت بدن والدین را گاز میگیرند. او معتقد است شاید یک گاز کوچک به پشت والدین، در کنار ارتعاشات، برای متقاعد کردن مادر برای گذاشتن یک تخم پرهزینه ضروری باشد.
اما پژوهشگران دیگری نیز باید این فرضیه را آزمایش کنند؛ زیرا هم گولزبی و هم چن در آستانه ورود به مرحله بعدی زندگی حرفهای خود هستند. چن که اکنون استادیار مؤسسه فناوری جورجیا در آتلانتا است، میگوید: این سرگرمکنندهترین پروژهای بود که تاکنون روی آن کار کردهام.
گولزبی نیز این ماه از رساله دکترای خود دفاع میکند و سپس دوره فوقدکتری را در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی آغاز خواهد کرد. با این حال میراثی که از خود به جا میگذارد، فراتر از یک ربات کوچک با پوست سیلیکونی است.
وقتی گولزبی به گروه پژوهشی پیوست، اوکانل از استنفورد درباره راههای دسترسپذیرتر کردن آزمایشگاه برای او و همچنین یک دانشجوی کارشناسی که از ویلچر استفاده میکرد، مشورت گرفت.
او از دانشگاه خواست دیوارهای آزمایشگاه را عایق صوتی کند تا نویز پسزمینه کاهش یابد. همچنین از همه اعضای گروه خواست در تمام ارائههای خود از زیرنویس زنده و خودکار استفاده کنند.
اوکانل میگوید: گاهی بابت این کار با مخالفتهایی روبهرو شدهام. برخی افراد به او گفتهاند زیرنویسهای خودکار در سخنرانیها حواسپرتکن هستند، زیرا پاورپوینت همیشه واژههای علمی را درست تشخیص نمیدهد.
اما او معتقد است: در مجموع این قابلیت برای همه مفید است، حتی برای افراد شنوا. اوکانل و اعضای آزمایشگاه همچنین از یادگیری علائم زبان اشاره آمریکایی که گولزبی به آنها آموزش میدهد، لذت بردهاند.
رقصیدن با نوایی متفاوت
گولزبی و اوکانل به یک کارگروه برای بهبود دسترسپذیری در استنفورد پیوستند و گولزبی در تهیه راهنمایی برای استادان و مربیان دانشجویان دارای معلولیت مشارکت کرد. توصیههای این راهنما شامل گفتوگوی فردی با دانشجویان درباره نیازهایشان، صرفنظر از نوع معلولیت و دادن اختیار عمل به دانشجویان و بررسی وضعیت تسهیلات فراهم شده دستکم هر سه ماه یک بار بود. اوکانل میگوید: تأثیر این کار بسیار فراتر از آزمایشگاه ما بود.
او میافزاید: دسترسپذیرتر کردن علم، کیفیت پژوهش را نیز بهتر میکند. زیرا هرچند دانشمندان تلاش میکنند کاملا عینی باشند، تجربیات گذشته ما بر نوع پرسشهایی که مطرح میکنیم و شیوه تفسیر پاسخها تأثیر میگذارد.
او ادامه میدهد: حضور کسی مثل بیلی در علم باعث میشود مسائل را از زاویهای متفاوت ببینیم، زیرا او جهان را به شکلی متفاوت تجربه میکند و این فقط باعث شده علم ما بهبود یابد.
کمک به ورود دیدگاههای تازه به علم، دلیل دیگری است که گولزبی بهصورت داوطلبانه با مدرسه ناشنوایان کالیفرنیا در شهر فریمونت همکاری میکند؛ مدرسهای که به دانشآموزان سه تا ۲۱ ساله با سطوح مختلف شنوایی خدمات میدهد.
به نقل از ایسنا، او در پروژههایی برای بهبود برنامه درسی علوم و طراحی اردوها و بازدیدهای علمی قابلدسترسی به زبان اشاره آمریکایی مشارکت داشته است تا جوانان بیشتری بتوانند آیندهای برای خود در حوزه علوم تصور کنند.
او میگوید: استعدادهای درخشانی وجود دارند که فقط به یک فرصت نیاز دارند. برای اینکه بتوانیم جهان را به بهترین شکل درک کنیم، باید همه را در این مسیر سهیم کنیم.
