นักวิจัยจาก University of California (UC) Santa Barbara สหรัฐฯ และ Technische Universität Dresden (TU Dresden) เยอรมัน ได้พัฒนาวิธีการทำให้หุ่นยนต์มีพฤติกรรมเหมือนวัสดุ (Robotic material) ซึ่งประกอบด้วยหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่มีรูปร่างคล้ายจานที่สามารถประกอบตัวเองเป็นรูปร่าง และมีคุณสมบัติต่างๆ ตามต้องการ ทีมวิจัยมุ่งเน้นไปที่ความท้าทายในการสร้างวัสดุหุ่นยนต์ที่แข็งแรง ในขณะเดียวกันก็สามารถไหลไปเป็นรูปร่างใหม่ได้ตามต้องการด้วยแรงภายใน แทนที่จะพึ่งพาแรงภายนอกในการเปลี่ยนหรือรักษารูปร่างไว้
หุ่นยนต์ที่มีเฟืองอยู่ภายนอกเพื่อให้สามารถผลักและเคลื่อนที่ไปรอบๆ กันได้
นักวิจัยได้รับแรงบันดาลใจจากเอ็มบริโอ (embryos) หรือ ตัวอ่อนของมนุษย์ สัตว์ และพืช เนื้อเยื่อเอ็มบริโอเป็นวัสดุที่สามารถปรับเปลี่ยนรูปร่าง รักษาตัวเอง และปรับคุณสมบัติทางโครงสร้างได้ ซึ่งเกิดจากความสามารถในการเปลี่ยนสถานะระหว่างของเหลวและของแข็งได้ กระบวนการนี้ในทางฟิสิกส์เรียกว่า rigidity transitions ซึ่งช่วยให้เซลล์สามารถควบคุมคุณสมบัติทางโครงสร้างของเนื้อเยื่อในระหว่างการพัฒนาได้ ในขณะที่เอ็มบริโอพัฒนาขึ้น เซลล์จะจัดระเบียบตัวเองเพื่อสร้างโครงสร้างต่างๆ ของร่างกาย เช่น มือและเท้า ตลอดจนพื้นผิวที่แตกต่างกัน เช่น กระดูกและเนื้อเยื่อสมอง นักวิจัยเน้นการศึกษาไปที่กระบวนการทางชีววิทยาสามประการที่อยู่เบื้องหลัง rigidity transitions ได้แก่ แรงที่เซลล์กระทำต่อกันในการเคลื่อนที่ สัญญาณทางชีวเคมีที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ในเชิงพื้นที่ต่อเวลา และความสามารถในการยึดติดกัน
แบบจำลองฟังก์ชันเชิงกลของเซลล์ในหุ่นยนต์
สำหรับในหุ่นยนต์นี้ แรงภายในเซลล์ (intracellular forces) จะถูกแปลงเป็นแรงสัมผัสระหว่างหุ่นยนต์แต่ละตัว (inter-unit tangential forces) ซึ่งขับเคลื่อนด้วยเฟืองและมอเตอร์แปดตัวที่ด้านนอกของหุ่นยนต์ เฟืองเหล่านี้จะทำให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปมาและผลักกันเองได้แม้แต่ในพื้นที่แคบ นอกจากนี้ ความสามารถในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ทำได้โดยใช้เซ็นเซอร์แสงบนหุ่นยนต์แต่ละตัว เมื่อแสงส่องไปที่เซ็นเซอร์เหล่านี้ กระบวนการโพลาไรซ์ของแสง (polarization) จะกำหนดให้เฟืองหุ่นยนต์หมุน เพื่อให้หุ่นยนต์เปลี่ยนรูปร่าง หุ่นยนต์ทั้งหมดจึงสามารถจัดตำแหน่งและปรับเปลี่ยนรูปร่างตามต้องการได้โดยการเคลื่อนไหวไปพร้อมๆ กัน ในการทดสอบหุ่นยนต์นั้น นักวิจัยพบว่าความผันผวนของสัญญาณที่ส่งไปยังหุ่นยนต์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำให้หุ่นยนต์สามารถสร้างรูปร่างและโครงสร้างที่ต้องการ การวิจัยก่อนหน้านี้ที่แสดงให้เห็นว่าความผันผวนของแรงที่เกิดจากเซลล์เป็นปัจจัยสำคัญในการเปลี่ยนเนื้อเยื่อเสหมือนของแข็งให้เป็นของเหลว ดังนั้น ทีมวิจัยจึงได้ใส่ความผันผวนของแรงที่คล้ายคลึงกันนี้ลงในหุ่นยนต์ด้วย งานวิจัยนี้อยู่ในระหว่างการรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับพฤติกรรมของหุ่นยนต์ และการออกแบบหุ่นยนต์ที่ต้องทำงานด้วยพลังงานที่จำกัด
-------------------
แหล่งข้อมูลอ้างอิง
Scientists create a swarm of robots that acts like one material, mimics living systems, https://www.yahoo.com/news/scientists-create-swarm-robots-acts-173007988.html
How to get a robot collective to act like a smart material, https://news.ucsb.edu/2025/021769/how-get-robot-collective-act-smart-material
Comments