หุ่นยนต์ผึ้งจิ๋วที่สุดในโลก ใช้แม่เหล็กควบคุม ช่วยค้นหา-กู้ภัย

รายงานการวิจัยของทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ (UC Berkeley) ในรัฐแคลิฟอร์เนียของสหรัฐฯ ที่ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสาร Science Advances เปิดเผยว่า นักวิจัยประสบความสำเร็จในการพัฒนาหุ่นยนต์ไร้สายขนาดเล็กที่สุดในโลกและได้รับแรงบันดาลใจจากผึ้งบัมเบิลบี

หุ่นยนต์ตัวนี้มีแม่เหล็ก 2 ตัวทำหน้าที่เป็นใบพัด โดยอาศัยสนามแม่เหล็กภายนอกเพื่อสร้างแรงยกและควบคุมการบินอย่างแม่นยำผ่านการปรับความเข้มของสนามแม่เหล็ก

ด้วยน้ำหนักเพียง 21 มิลลิกรัมและมีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 1 เซนติเมตร โดรนจิ๋วลำนี้สามารถลอยตัว บินโฉบเปลี่ยนทิศทางและพุ่งเข้าหาเป้าหมายขนาดเล็กได้อย่างแม่นยำ

การใช้สนามแม่เหล็กภายนอกทำให้หุ่นยนต์หมุน สร้างแรงยกเพียงพอที่จะช่วยให้หุ่นยนต์บินขึ้นได้ ซึ่งระบบนี้ยังสามารถใช้สำหรับการเฝ้าระวัง การติดตามระบบนิเวศสิ่งแวดล้อม ตลอดจน ปฏิบัติการค้นหาและกู้ภัย

“หลี่เว่ย หลิน” (Liwei Lin) ศาสตราจารย์พิเศษด้านวิศวกรรมเครื่องกลที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ เปิดเผยว่า หุ่นยนต์บินได้นี้สามารถควบคุมการใช้งานผ่านระบบไร้สาย เพื่อให้หุ่นยนต์สามารถเข้าใกล้และจู่โจมเป้าหมายที่กำหนดได้ โดยเลียนแบบกลไกการผสมเกสรเช่นเดียวกับผึ้งที่เก็บน้ำหวานและบินจากไป

หุ่นยนต์บินได้ขนาดจิ๋วที่เลียนแบบผึ้งหรือโดรนขนาดเล็ก

หุ่นยนต์ต้องใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ในการควบคุมการบินและแหล่งพลังงาน เช่น แบตเตอรี่ เพื่อให้สามารถบินได้ ซึ่งส่วนประกอบเหล่านี้ถือเป็นเรื่องท้าทายเมื่อต้องนำมาติดตั้งในเครื่องจักรขนาดเล็กและมีน้ำหนักเบา แต่ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งนี้เอาชนะปัญหานี้ได้ด้วยการใช้สนามแม่เหล็กภายนอกในการควบคุมเส้นทางการบินและจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์

หุ่นยนต์บินได้ขนาดเล็กลำนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากผึ้ง ซึ่งขึ้นชื่อในด้านทักษะการบินที่ยอดเยี่ยม เช่น การนำทาง การลอยตัวและการผสมเกสร ทีมวิจัยจึงออกแบบหุ่นยนต์บินได้ที่มีประสิทธิภาพเหนือกว่าหุ่นยนต์เทียมรุ่นอื่น ๆ ในระดับขนาดใกล้เคียงกัน

หุ่นยนต์นี้มีแม่เหล็กจิ๋ว 2 ชิ้นที่ออกแบบให้เหมือนใบพัดขนาดเล็ก แม่เหล็กเหล่านี้จะถูกดึงดูดและผลักออกจากกันด้วยสนามแม่เหล็กภายนอก ส่งผลให้เกิดการหมุนและสร้างพลังงานเพียงพอที่จะยกหุ่นยนต์ให้บินขึ้นจากพื้น นอกจากนี้การปรับความแรงของสนามแม่เหล็กยังช่วยให้สามารถควบคุมเส้นทางการบินของหุ่นยนต์ได้อย่างแม่นยำ

ตามข้อมูลจากทีมวิจัย หุ่นยนต์บินได้ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดรองลงมา ซึ่งมีความสามารถในการบินใกล้เคียงกันนั้นมีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ที่ 2.8 เซนติเมตร และมีขนาดใหญ่กว่าหุ่นยนต์บินรุ่นใหม่เกือบสามเท่า

“ฟ่านผิง สุ่ย” (Fanping Sui) ผู้ซึ่งเพิ่งสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกด้านวิศวกรรมศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์และเป็นผู้เขียนร่วมเขียนงานวิจัย ระบุว่า หุ่นยนต์บินได้ขนาดเล็กมีประโยชน์สำหรับการสำรวจโพรงเล็ก ๆ และสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนอื่น ๆ หุ่นยนต์เหล่านี้อาจยำไปใช้ในการผสมเกสรเทียมหรือการตรวจสอบพื้นที่เล็ก ๆ เช่น ภายในท่อ ได้

เทคโนโลยีไมโครบอทในอนาคต

อย่างไรก็ตาม ปัจจุบัน หุ่นยนต์จิ๋วรุ่นนี้สามารถบินได้เพียงแบบพาสซีฟหรือยังไม่สามารถควบคุมตัวเองได้โดยตรง เนื่องจากไม่มีเซ็นเซอร์ภายในเพื่อตรวจจับตำแหน่งหรือเส้นทางการบิน

ต่างจากเครื่องบินหรือโดรนขั้นสูง ทำให้ยังไม่สามารถปรับปรับการเคลื่อนไหวได้แบบเรียลไทม์ แม้ว่าหุ่นยนต์จะบินได้อย่างแม่นยำ แต่การเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมอย่างกะทันหัน เช่น ลมแรง อาจทำให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ออกนอกเส้นทางได้

“เว่ย เยว่” (Wei Yue) ผู้เขียนร่วมคนแรกและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาประจำห้องทดลองของศาสตราจารย์หลี่เว่ย หลิน เปิดเผยว่า ทีมวิจัยมีแผนจะเพิ่มระบบควบคุมแบบแอคทีฟในอนาคต เพื่อให้หุ่นยนต์สามารถปรับตำแหน่งและทิศทางการบินได้แบบเรียลไทม์ต่อไป

อีกหนึ่งข้อจำกัดคือ หุ่นยนต์ยังต้องอาศัยสนามแม่เหล็กแรงสูงจากขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้สามารถทำงานได้ อย่างไรก็ตาม หากสามารถย่อขนาดของหุ่นยนต์ให้เล็กลงเหลือไม่ถึง 1 มิลลิเมตร ซึ่งมีขนาดเท่ากับแมลงริ้น ก็อาจทำให้หุ่นยนต์มีน้ำหนักเบาพอที่จะตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กที่อ่อนกว่า อย่าง คลื่นวิทยุได้

นอกเหนือจากหุ่นยนต์บินได้ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากผึ้งแล้ว ทีมนักวิจัยยังได้พัฒนาหุ่นยนต์เลียนแบบแมลงสาบ ซึ่งสามารถวิ่งผ่านพื้นผิวต่างๆ และทนต่อแรงกดของฝีเท้ามนุษย์ได้ รวมถึง หุ่นยนต์แบบฝูงรุ่นใหม่ที่ออกแบบให้สามารถทำงานร่วมกันเหมือนมด เพื่อปฏิบัติภารกิจที่เกินขีดความสามารถของหุ่นยนต์เพียงหน่วยเดียว

หุ่นยนต์ขนาด 5 มิลลิเมตรเหล่านี้สามารถคลาน กลิ้ง หมุนและเชื่อมต่อกันเป็นห่วงโซ่หรือแปรแถวรูปแบบต่าง ๆ ซึ่งขีดความสามารถในการทำงานร่วมกันของหุ่นยนต์เหล่านี้อาจนำไปใช้ประโยชน์ในวงการการแพทย์

เช่น การผ่าตัดส่องกล้องแผลเล็ก (Minimally Invasive Surgery : MIS) ด้วยการฉีดหุ่นยนต์หลายตัวเข้าไปในร่างกายของคนไข้เพื่อใส่ใส่ขดลวดถ่างขยายหลอดเลือด (Stent) กำจัดลิ่มเลือดหรือทำหัตถการทางการแพทย์อื่น ๆ ได้อย่างแม่นยำและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ที่มา : interestingengineering