หุ่นยนต์ไม่ใช้ใบพัด! เลียนแบบเมล็ดเมเปิล แล่นสำรวจทะเลด้วยแรงลม

หุ่นยนต์สำรวจไม่จำเป็นต้องบินด้วยใบพัดหรือใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนตลอดเวลา เมื่อนักวิจัยสิงคโปร์นำหลักการเคลื่อนที่ของเมล็ดเมเปิลมาประยุกต์ใช้กับหุ่นยนต์ที่สามารถร่วงจากอากาศลงสู่ผิวน้ำ ก่อนปรับตัวเป็นเรือใบและอาศัยแรงลมเคลื่อนที่ต่อได้ แนวคิดนี้เปิดโอกาสให้การสำรวจพื้นที่ทางทะเลที่เข้าถึงยากทำได้สะดวกขึ้น โดยเฉพาะการเก็บข้อมูลสภาพแวดล้อมและสภาพอากาศ

หุ่นยนต์ที่เปลี่ยนเป็นเรือใบ

โดยทั่วไป การสำรวจพื้นที่ทางทะเลห่างไกลมีข้อจำกัดอยู่สองด้าน คือ เรือสามารถอยู่ในพื้นที่เพื่อเก็บข้อมูลได้นาน แต่ต้องใช้เวลาเดินทางไปถึงจุดหมาย ขณะที่อากาศยานเดินทางได้รวดเร็วกว่า แต่มีข้อจำกัดด้านระยะเวลาปฏิบัติงานและพลังงาน

ทีมวิจัยจึงออกแบบหุ่นยนต์ที่รวมข้อดีของการปล่อยจากอากาศเข้ากับการเคลื่อนที่บนผิวน้ำ โดยไม่จำเป็นต้องใช้ใบพัดเพื่อขับเคลื่อนตลอดเวลา เมื่อปล่อยจากอากาศ หุ่นยนต์จะหมุนตัวเพื่อลดความเร็วในการตก ก่อนลงสู่ผิวน้ำและตั้งตัวขึ้น จากนั้นใช้แรงลมพาเคลื่อนที่ไปยังจุดหมายที่กำหนดได้โดยอัตโนมัติ

ใช้ปีกชุดเดียวเพื่อทำงานสองรูปแบบ

งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีและการออกแบบแห่งสิงคโปร์ (Singapore University of Technology and Design: SUTD) ได้ตีพิมพ์ในวารสาร Science Robotics ภายใต้ชื่อเรื่อง “ALBATROSS: A bio-inspired, aerially deployable, autonomous sailing sensor platform” โดยมี Shane Kyi Hla Win เป็นผู้เขียนหลัก และมี Foong Shaohui เป็นหนึ่งในผู้ร่วมพัฒนา

หัวใจของการออกแบบอยู่ที่ปีกแข็งสองข้าง ทำหน้าที่ได้ทั้งช่วยชะลอการตกและเป็นใบเรือหลังลงน้ำ แนวทางนี้ช่วยลดความจำเป็นในการติดตั้งร่มชูชีพหรือกลไกลงจอดแยกต่างหาก

นอกจากนี้ ระบบยังใช้ตัวขับเคลื่อนเชิงกลเพียง 3 ชุด และระบบเซนเซอร์นำทาง 3 ตัว เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่และนำทางระหว่างจุดหมายที่กำหนด นักวิจัยมองว่าการลดจำนวนชิ้นส่วนที่ต้องควบคุมอาจช่วยให้ระบบมีโครงสร้างเรียบง่ายและต่อยอดการผลิตได้สะดวกขึ้น เมื่อเทียบกับหุ่นยนต์ที่ต้องทำงานทั้งในอากาศและบนผิวน้ำบางรูปแบบ

ทดลองปล่อยจากความสูง 150 เมตร ลงน้ำแล้วแล่นต่อ

การทดสอบต้นแบบแสดงให้เห็นว่าหุ่นยนต์สามารถถูกปล่อยจากความสูงประมาณ 150 เมตร หรือเกือบ 500 ฟุต โดยหมุนตัวอย่างมีเสถียรภาพระหว่างตกลงมา ก่อนลงสู่ผิวน้ำด้วยแรงกระแทกที่ค่อนข้างต่ำ จากนั้นจึงปรับตัวให้ตั้งตรงและเริ่มแล่นได้เองโดยไม่ต้องมีคนช่วย

ทีมวิจัยประเมินว่า หากเป็นระบบที่ไม่มีการหมุนตัวเพื่อลดความเร็วขณะตก แรงกระแทกจากการลงน้ำอาจมีพลังงานสูงกว่าประมาณ 18.5 เท่า ตัวเลขนี้เป็นการประเมินเปรียบเทียบของนักวิจัย ไม่ใช่ผลการวัดว่าหุ่นยนต์ลดแรงกระแทกได้ 18.5 เท่าในทุกสถานการณ์

สำหรับการทดสอบบนผิวน้ำ ต้นแบบขนาดใหญ่ทำความเร็วในการแล่นได้สูงสุดเกือบ 1 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และทำงานต่อเนื่องได้ประมาณ 3 ชั่วโมงในอ่างเก็บน้ำแห่งหนึ่งของสิงคโปร์ ระหว่างนั้นเซนเซอร์บนตัวหุ่นยนต์สามารถบันทึกข้อมูลความชื้น อุณหภูมิ และทิศทางลมได้

แม้ความเร็วจะไม่สูงเมื่อเทียบกับเรือทั่วไป แต่เป้าหมายหลักของเทคโนโลยีนี้ไม่ใช่การเดินทางให้เร็วที่สุด หากเป็นการนำอุปกรณ์ตรวจวัดไปยังพื้นที่เป้าหมายได้สะดวก แล้วใช้แรงลมช่วยให้ปฏิบัติงานต่อเนื่องโดยไม่ต้องพึ่งพาพลังงานสำหรับการขับเคลื่อนมากเท่ากับระบบที่ใช้มอเตอร์ตลอดเวลา

สำรวจสภาพอากาศและการติดตามทางทะเล

หากพัฒนาต่อจนพร้อมใช้งาน หุ่นยนต์ลักษณะนี้อาจช่วยงานด้านสิ่งแวดล้อมและวิทยาศาสตร์ทางทะเลได้หลายรูปแบบ เช่น การเก็บข้อมูลสภาพอากาศ การติดตามการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศ และการตรวจวัดสภาพแวดล้อมในบริเวณที่เรือเข้าถึงยาก

อีกหนึ่งข้อได้เปรียบคือการปล่อยจากอากาศ ซึ่งช่วยลดเวลาเดินทางไปยังพื้นที่เป้าหมาย ขณะที่การเคลื่อนที่ด้วยแรงลมอาจช่วยประหยัดพลังงานสำหรับการขับเคลื่อน และเปิดโอกาสให้ติดตั้งเซนเซอร์เพื่อเก็บข้อมูลได้นานขึ้นในอนาคต

นักวิจัยยังมองถึงการประยุกต์ใช้ในภารกิจค้นหาและช่วยเหลือผู้ประสบภัย ตลอดจนงานรักษาความปลอดภัยทางทะเล อย่างไรก็ตาม การใช้งานเหล่านี้ยังเป็นศักยภาพที่ต้องศึกษาต่อ ไม่ใช่ความสามารถที่ผ่านการยืนยันครบถ้วนแล้ว

ยังต้องพัฒนาก่อนใช้งานจริงในทะเล

แม้ผลการทดลองเบื้องต้นจะแสดงให้เห็นว่าหุ่นยนต์สามารถเปลี่ยนจากการร่วงในอากาศเป็นการแล่นบนผิวน้ำได้ แต่การทดสอบที่ผ่านมาเกิดขึ้นในอ่างเก็บน้ำที่มีสภาพแวดล้อมค่อนข้างสงบ จึงยังไม่สามารถยืนยันได้ว่าจะทำงานได้ดีในทะเลเปิดที่มีคลื่นสูง กระแสน้ำแรง และลมแปรปรวน

ต่อไปคือการพัฒนาโครงสร้างให้แข็งแรงและทนทานมากขึ้น รวมถึงเพิ่มความสามารถในการรับมือกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังพิจารณาการติดตั้งเซนเซอร์ใต้น้ำ โซนาร์ และระบบกักเก็บพลังงานที่มีความจุมากขึ้น เพื่อเพิ่มขอบเขตการสำรวจ

หุ่นยนต์เลียนแบบเมล็ดเมเปิลเป็นตัวอย่างของการนำกลไกธรรมชาติมาแก้ปัญหาทางวิศวกรรม โดยใช้ปีกชุดเดียวช่วยชะลอการตกและเปลี่ยนเป็นใบเรือเมื่อถึงผิวน้ำ ผลการทดลองเบื้องต้นชี้ให้เห็นโอกาสในการนำส่งเซนเซอร์ไปสำรวจพื้นที่ทางทะเลห่างไกลได้สะดวกขึ้น แต่ยังต้องทดสอบความทนทานและประสิทธิภาพในทะเลเปิดอีกมาก หากพัฒนาสำเร็จ เทคโนโลยีนี้อาจเป็นอีกทางเลือกสำหรับการเก็บข้อมูลสิ่งแวดล้อมในระยะยาว โดยใช้พลังงานจากธรรมชาติให้เกิดประโยชน์สูงสุด

ที่มาของข้อมูล: sutd.edu.sg, newatlas, eurekalert,techxplore

ที่มาของภาพ: SUTD

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

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech