หุ่นยนต์นิ่ม "ไร้ฟันเฟือง" พับตัวแบบโอริงามิ ตัวช่วยเข้าถึงพื้นที่เสี่ยงภัย

หุ่นยนต์ไฮบริดแบบนิ่ม “ไร้ฟันเฟือง” ใช้เพียงแรงดันอากาศในการขับเคลื่อน ด้วยขนาดที่เล็กและมีน้ำหนักเบา ทำให้เข้าถึงพื้นที่เสี่ยงภัยหรือยากแก่การเข้าถึงเพื่อปฏิบัติภารกิจได้

โลกหุ่นยนต์ก้าวข้ามขีดจำกัดเดิมด้วยการผสานศิลปะการพับกระดาษเข้ากับวิศวกรรมขั้นสูง จนเกิดเป็นหุ่นยนต์ไฮบริดรูปแบบใหม่ที่ไร้มอเตอร์และฟันเฟือง นวัตกรรมนี้ใช้เพียงแรงดันอากาศในการขับเคลื่อน ทำให้มีน้ำหนักเบาและยืดหยุ่นสูง พร้อมปฏิบัติการในพื้นที่วิกฤตที่หุ่นยนต์รูปแบบเดิมเข้าไม่ถึง เพื่อยกระดับความปลอดภัยและประสิทธิภาพในการสำรวจ

นวัตกรรมหุ่นยนต์ไฮบริดไร้เครื่องยนต์

งานวิจัยของทีมนักวิศวกรจากมหาวิทยาลัย Princeton ประเทศสหรัฐอเมริกา ซึ่งได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการด้านวัสดุศาสตร์ชั้นนำ Advanced Functional Materials เกี่ยวกับความสำเร็จในการพัฒนาหุ่นยนต์รูปแบบใหม่ที่ก้าวข้ามข้อจำกัดของเครื่องจักรกลแบบเดิม โดยหุ่นยนต์ตัวนี้ถูกออกแบบมาเป็น "หุ่นยนต์นิ่มไฮบริด" (Soft-rigid hybrid robot) ที่ไม่ต้องพึ่งพามอเตอร์ ฟันเฟือง หรือชิ้นส่วนโลหะเหมือนหุ่นยนต์ทั่วไป

ความสำเร็จนี้เกิดจากการใช้หลักการทางฟิสิกส์ร่วมกับวัสดุศาสตร์ เพื่อสร้างระบบขับเคลื่อนที่เรียบง่ายแต่ทรงพลัง ซึ่งถือเป็นรากฐานสำคัญที่จะเปลี่ยนวิธีการที่มนุษย์ใช้หุ่นยนต์ในการสำรวจพื้นที่ที่เครื่องจักรกลแบบแข็งไม่สามารถทำได้ในอดีต

จากโอริงามิ สู่การเคลื่อนที่ไร้ขีดจำกัด

หัวใจหลักของเทคโนโลยีนี้ คือการนำโครงสร้างแบบโอริงามิ (Origami-inspired structure) มาปรับใช้ในระดับวิศวกรรม โดยผู้ออกแบบใช้การพับวัสดุที่มีความแข็งและอ่อนนุ่มสลับกันไปตามจุดที่กำหนด ทำให้หุ่นยนต์สามารถเปลี่ยนรูปทรงและเคลื่อนที่ได้โดยการใช้เพียง "แรงดันอากาศ" (Pneumatic pressure) เท่านั้น เมื่ออากาศถูกฉีดเข้าไปในช่องว่างภายใน โครงสร้างจะพับหรือขยายตัวตามรูปแบบที่คำนวณไว้ ส่งผลให้หุ่นยนต์สามารถเดิน เลื้อย หรือแม้แต่บีบตัวผ่านช่องแคบได้อย่างเป็นธรรมชาติ การลดส่วนประกอบอย่างฟันเฟืองออกไปไม่เพียงแต่ช่วยลดน้ำหนัก แต่ยังช่วยเพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทก เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่แตกหักง่ายเมื่อเกิดการชนหรือตกจากที่สูง ทำให้หุ่นยนต์เคลื่อนไหวได้คล้ายสิ่งมีชีวิต

หุ่นยนต์ทำงานร่วมกับมนุษย์ได้อย่างปลอดภัย

ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นที่สุดของหุ่นยนต์ไร้มอเตอร์ชนิดนี้คือ "ความปลอดภัย" (Intrinsic Safety) เนื่องจากหุ่นยนต์ทั่วไปที่มีมอเตอร์แรงบิดสูงมักมีความเสี่ยงที่จะสร้างความเสียหายหากเกิดการปะทะกับเนื้อเยื่อของมนุษย์ แต่หุ่นยนต์จากโครงสร้างวัสดุนิ่มและอากาศตัวนี้มีความยืดหยุ่นสูง หากเกิดการสัมผัสหรือกระแทก แรงกดจะถูกกระจายตัวออกไปตามโครงสร้างที่ยุบตัวได้

ประโยชน์ในด้านนี้ทำให้นักวิจัยมองว่ามันเป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบสำหรับเทคโนโลยีทางการแพทย์ เช่น อุปกรณ์เสริมการผ่าตัดที่ต้องมีความอ่อนโยนสูง หรืออุปกรณ์ช่วยเหลือผู้ป่วยที่ต้องสวมใส่ติดกับร่างกาย (Wearable robotics) โดยไม่ต้องกังวลเรื่องความร้อนจากมอเตอร์หรือความแข็งกระด้างของโลหะที่อาจสร้างความรำคาญหรือบาดแผลให้กับผู้ใช้งาน

ตัวช่วยในพื้นที่เสี่ยงภัยและการกู้ภัยที่ซับซ้อน

ด้วยคุณสมบัติการพับตัวที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้หุ่นยนต์สามารถทำหน้าที่ในภารกิจกู้ภัย (Search and Rescue) ในพื้นที่ซับซ้อน เช่น ซากปรักหักพังจากเหตุแผ่นดินไหว หรือช่องท่อที่มีสิ่งกีดขวางจำนวนมาก ซึ่งหุ่นยนต์ล้อลากหรือโดรนทั่วไปไม่สามารถเข้าถึงได้ ความสามารถในการปรับรูปร่างให้แบนราบหรือย่อขนาดลงเพื่อซอกซอนไปตามรอยแยก ทำให้มันสามารถนำทางเซนเซอร์หรืออุปกรณ์สื่อสารเข้าไปหาผู้ประสบภัยได้แม่นยำยิ่งขึ้น

นอกจากนี้ การที่มันไม่มีวงจรไฟฟ้าที่ซับซ้อนหรือมอเตอร์ที่อาจก่อให้เกิดประกายไฟ ทำให้หุ่นยนต์มีความปลอดภัยในการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีสารเคมีรั่วไหล หรือพื้นที่ที่มีความเสี่ยงต่อการระเบิด ซึ่งถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญในการทำงานของเจ้าหน้าที่กู้ภัยทั่วโลก

ความสำเร็จของหุ่นยนต์นิ่มไร้มอเตอร์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากโอริงามินี้ ไม่เพียงแสดงถึงความก้าวหน้าทางวิศวกรรมวัสดุ แต่ยังเป็นจุดเริ่มต้นของยุคหุ่นยนต์ที่เป็นมิตรและปลอดภัยต่อมนุษย์อย่างแท้จริง ด้วยความสามารถในการเข้าถึงพื้นที่ซับซ้อนและเสี่ยงภัยที่เครื่องจักรทั่วไปทำไม่ได้ นวัตกรรมนี้จึงเป็นกุญแจสำคัญที่จะช่วยรักษาชีวิตและเพิ่มขีดความสามารถในการสำรวจของมนุษยชาติ โดยเน้นความเรียบง่ายแต่ทรงพลังผ่านการออกแบบที่ชาญฉลาด และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้หลากหลายอุตสาหกรรมในระยะยาว

เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: princeton, newatlas, techexplorist, interestingengineering
ที่มาภาพ: princeton, AFM

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

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech