จากมดคันไฟสู่เรือจิ๋ว! ฝูงหุ่นยนต์ลอยน้ำเลียนแบบการรวมฝูง เปลี่ยนผืนน้ำเป็นพื้นที่ใช้งาน

ทีมนักวิจัยพัฒนาระบบ “FloatForm” หุ่นยนต์เรือจิ๋วที่สามารถเชื่อมต่อเป็นโครงสร้างลอยน้ำขนาดใหญ่ได้อัตโนมัติ สามารถนำไปสร้างสะพานชั่วคราว แพลตฟอร์มกู้ภัย และพื้นที่ใช้สอยบนผืนน้ำภายในไม่กี่นาทีโดยไม่ต้องพึ่งพาเครื่องจักรหนัก

เมื่อพูดถึงการก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานบนผืนน้ำ ไม่ว่าจะเป็นสะพาน โป๊ะ หรือแพลตฟอร์มลอยน้ำ หลายคนมักจะนึกถึงกระบวนการทางวิศวกรรมที่ซับซ้อน ต้องใช้เวลาเตรียมการยาวนาน และอาศัยเครื่องจักรกลหนักในการติดตั้ง แต่ความคิดนี้กำลังจะถูกเปลี่ยนให้กับวิศวกรรมทางน้ำแนวคิดใหม่

ด้วยการพัฒนา “ฝูงหุ่นยนต์เรือขนาดเล็ก” ที่สามารถขับเคลื่อน สื่อสาร และรวมร่างกันเองได้อย่างอิสระจนกลายเป็นโครงสร้างลอยน้ำขนาดใหญ่ เทคโนโลยีนี้กำลังเปลี่ยนภาพจำของโครงสร้างพื้นฐานแบบเดิมให้เป็นระบบที่ยืดหยุ่น และสามารถปรับเปลี่ยนรูปทรงได้ตามความต้องการ เพื่อรับมือกับการจัดการพื้นที่ทางน้ำ ภัยพิบัติ และการพัฒนาเมืองในอนาคต  

เปลี่ยนผืนน้ำเป็นพื้นที่ใช้งานอิสระ

แกนหลักของเทคโนโลยีนี้คือการสร้างระบบ FloatForm หรือ ฝูงหุ่นยนต์ลอยน้ำขนาดเล็ก (รูปทรงสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาดประมาณ 21 เซนติเมตร) ที่มีรูปร่างเหมือน “บล็อกเลโก้” ซึ่งไม่ได้เป็นเพียงทุ่นลอยน้ำธรรมดา แต่ถูกติดตั้งระบบเซนเซอร์ตรวจจับสภาพแวดล้อม ระบบขับเคลื่อนด้วยใบพัดขนาดจิ๋ว และกลไกการเชื่อมต่อเข้าไว้ด้วยกัน

หุ่นยนต์แต่ละตัวจะสามารถว่ายน้ำเข้าไปหาเพื่อนร่วมฝูง นำร่องเพื่อหาตำแหน่งที่เหมาะสม และยึดเกาะกันด้วยระบบแม่เหล็กจนกลายเป็นโครงสร้างที่แข็งแรง เมื่อประกอบร่างกันแล้ว โครงสร้างรวมที่ได้จะมีความเสถียร จนสามารถต้านทานเกลียวคลื่นและกระแสน้ำได้ดี และสามารถปลดล็อกตัวเอง แยกย้ายกลับไปเป็นเรือจิ๋วอิสระ หรือรวมตัวกันใหม่เป็นรูปทรงอื่นได้ตามบริบทการใช้งาน

เลียนแบบธรรมชาติสู่เทคโนโลยีล้ำสมัย

งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ จาก สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (Massachusetts Institute of Technology : MIT) ระบุว่าเบื้องหลังความฉลาดของฝูงหุ่นยนต์นี้ ไม่ได้มาจากการใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อน แต่เป็นการถอดบทเรียนมาจากธรรมชาติ นั่นคือพฤติกรรมของ “มดคันไฟ”  

เมื่อเกิดน้ำท่วม มดคันไฟจะเอาตัวรอดด้วยการเกาะเกี่ยวร่างกายกันเป็นแพลอยน้ำขนาดใหญ่ โดยไม่มีมดตัวใดทำหน้าที่เป็นจ่าฝูงคอยสั่งการ มดแต่ละตัวจะเชื่อมต่อเข้ากับมดตัวที่อยู่ข้างเคียง จนเกิดเป็นโครงสร้างที่ยืดหยุ่น ทีมนักวิจัยจึงนำแนวคิดนี้มาประยุกต์ใช้กับหุ่นยนต์ในการประเมินตำแหน่ง หลบหลีกการชน และสื่อสารกับหุ่นยนต์ที่อยู่ติดกัน โดยระบบประมวลผลส่วนกลางจะทำหน้าที่เพียงแค่บอก “รูปร่างสุดท้าย” ที่ต้องการเท่านั้น ส่วนวิธีการเดินทางไปถึงเป้าหมาย หุ่นยนต์จะเป็นผู้จัดการด้วยตัวเองทั้งหมด

ระบบที่ขยายแบบไร้ขีดจำกัด

การควบคุมหุ่นยนต์อัตโนมัติในอดีต มักจะต้องพึ่งพาระบบควบคุมส่วนกลางในการสั่งการหุ่นยนต์ทุกตัวแบบก้าวต่อก้าว ซึ่งวิธีการนี้เหมือนกับการมีผู้กำกับจราจรเพียงคนเดียวที่ต้องคอยบอกรถทุกคันบนท้องถนนว่าต้องเลี้ยวซ้ายหรือเลี้ยวขวา เมื่อจำนวนหุ่นยนต์เพิ่มขึ้น ภาระการคำนวณก็จะมหาศาลจนทำให้ระบบทำงานล่าช้า

แต่สำหรับเทคโนโลยีฝูงเรือจิ๋วนี้ การทำงานอาศัยระบบแบบกระจายศูนย์ (Decentralized) หุ่นยนต์ทั้งฝูงสามารถเคลื่อนที่และปรับเปลี่ยนตำแหน่งไปพร้อม ๆ กันได้แบบคู่ขนาน ไม่ว่าจะมีหุ่นยนต์ 8 ตัว หรือขยายสเกลไปถึง 80 ตัว เวลาที่ใช้ในการต่อร่างสร้างตัวก็แทบจะไม่เพิ่มขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อหุ่นยนต์เชื่อมต่อกันเป็นสะพานหรือแพเสร็จสมบูรณ์แล้ว พวกมันยังสามารถประสานการทำงานเพื่อขับเคลื่อนโครงสร้างทั้งหมดให้เคลื่อนที่ไปบนผิวน้ำพร้อมกันได้อย่างน่าทึ่ง  

การนำมาประยุกต์ใช้งาน

การพัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถเปลี่ยนเรือจิ๋วให้กลายเป็นโครงสร้างลอยน้ำได้ สร้างผลกระทบเชิงบวกอย่างมหาศาล โดยเฉพาะในสถานการณ์ฉุกเฉินหรือภัยพิบัติทางธรรมชาติ หากเกิดอุทกภัยที่ทำให้เส้นทางคมนาคมถูกตัดขาด ทีมกู้ภัยสามารถปล่อยฝูงหุ่นยนต์เหล่านี้ลงน้ำ เพื่อให้พวกมันประกอบร่างกันเป็นสะพานลอยน้ำชั่วคราวสำหรับอพยพผู้คน หรือสร้างเป็นแพขนาดใหญ่เพื่อขนส่งอาหารและเวชภัณฑ์เข้าไปยังพื้นที่ห่างไกลได้อย่างทันท่วงที

ในขณะเดียวกัน เมื่ออยู่ในภาวะปกติ เทคโนโลยีนี้สามารถเข้ามาพลิกโฉมการจัดสรรพื้นที่ในเมืองที่อยู่ติดแม่น้ำหรือทะเล เราอาจได้เห็นแพลตฟอร์มลอยน้ำที่สร้างขึ้นมาเฉพาะกิจสำหรับจัดนิทรรศการกลางน้ำ ตลาดนัดที่ปรับเปลี่ยนรูปทรงได้ตามจำนวนร้านค้า หรือแม้แต่การสร้างพื้นที่สาธารณะพักผ่อนริมตลิ่งที่สามารถขยายขนาดได้ตามความเหมาะสมของกิจกรรม ซึ่งช่วยแก้ปัญหาความแออัดของพื้นที่บนบกได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การผสานรวมระหว่างศาสตร์แห่งวิทยาการหุ่นยนต์และพฤติกรรมทางชีววิทยา ได้ก่อให้เกิดเทคโนโลยีที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงการจัดการโครงสร้างพื้นฐานทางน้ำอย่างก้าวกระโดด ในอนาคตเราอาจได้เห็นฝูงหุ่นยนต์เหล่านี้กลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการสร้างสถาปัตยกรรมลอยน้ำที่ปรับเปลี่ยนได้ตลอดเวลา และยังเป็นกุญแจสำคัญที่ช่วยขยายขีดความสามารถของมนุษย์ในการปรับตัวและใช้ประโยชน์จากธรรมชาติ เพื่อรับมือกับความท้าทายในอนาคตได้อย่างยั่งยืน

เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: mit, senseable, interestingengineering
ที่มาภาพ: senseable

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech