Friday, April 16Modern Manufacturing

เปิดศักราชใหม่หุ่นยนต์ที่ไม่ต้องง้อไฟฟ้าอีกต่อไป!

ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัย California San Diego ได้สร้างหุ่นยนต์นิ่ม (Soft Robot) ที่มีสี่ขาขึ้นมา ซึ่งเจ้าหุ่นตัวนี้สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้อิเล็กทรอนิกส์แต่อย่างใด เจ้าหุ่นยนต์ตัวนี้ต้องการเพียงระบบการอัดอากาศที่สม่ำเสมอเพื่อให้ทำงานได้ ไม่ว่าจะเป็นระบบควบคุมหรือระบบเคลื่อนไหวก็ตามที ความสำเร็จในครั้งนี้เรียกได้ว่าเป็นการนำไปสู่หุ่นยนต์เดินได้ที่เป็นระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบอันปราศจากอิเล็กทรอนิกส์อย่างแท้จริง

แอปพลิเคชันเหล่านี้รวมถึงหุ่นยนต์ราคาถูกสำหรับงานบรรเทิง เช่น ของเล่น และหุ่นยน์เหล่านี้สามารถทำงานได้ภายใต้สภาพแวดล้อมที่อิเล็กทรอนิกส์สามารถดำเนินการได้ เช่น เครื่อง MRI หรือการขุดเจาะ ซึ่งพวกหุ่นยนต์นิ่มนั้นมีความน่าสนใจเพราะสามารถปรับตัวเข้ากับสิ่งแวดล้อมและทำงานร่วมกับมนุษย์ได้อย่างปลอดภัย









หุ่นยนต์นิ่มส่วนมากนั้นทักจะถูกขับดันด้วยแรงอัดอากาศและควบคุมด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ แต่การใช้งานตามแนวคิดดังกล่าวต้องการส่วนประกอบที่มีความซับซ้อน เช่น แผงวงจร วาล์ว และปั๊ม ซึ่งมักจะอยู่ภายนอกตัวหุ่นยนต์ ส่วนประกอบเหล่านี้นั้นเป็นทั้งสมองของหุ่นยนต์และระบบประสาทมักจะมีนาดใหญ่และมีราคาแพง แต่หุ่น UC San Diego นี้ควบคุมโดยวงจรนิวเมติกราคาถูกน้ำหนักเบา สร้างจากท่อและวาวล์อ่อนบนตัวหุ่นยนต์ โดยสามารถเดินตามคำสั่งหรือตอบสนองต่อสัญญาณจากสภาพแวดล้อมได้

การประมวลผลของหุ่นยนต์นี้นั้นลองเลียนปฏิกริยาตอบสนองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งขับดันโดยการตอบสนองทางธรรมชาติจากกระดูกสันหลังมากกว่าสมอง ทีมวิจัยได้แรงบันดาลใจจากแผงวงจรประสาทในสัตว์ที่เรียกว่า Central Pattern Generator สร้างจากส่วนประกอบที่เรียบง่ายที่ทำให้เกิดแพทเทิร์นจังหวะเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่อย่างการเดินหรือวิ่งได้

เพื่อลอกเลียนการทำงานของตัวกำเนิดไฟฟ้า ทีมวิจัยได้สร้างระบบวาล์วที่ทำหน้าที่เป็น Oscillator เพื่อควบคุมลำดับของแรงอัดอากาศที่จะถูกปล่อยเข้าไปในกล้ามเนื้อที่ใช้อากาศทั้งสี่ขา นอกจากนี้ยังพัฒนาชิ้นส่วนที่เป็นนวัตกรรมในการทำงานร่วมกันของขาแต่ละข้างของหุ่นยนต์ ด้วยการทำให้การปล่อยอากาศเข้าไปในขาแต่ละข้างนั้นเกิดความหน่วง (Delay) ซึ่งการเคลื่อนที่ดังกล่าวได้รับแรงบันดาลใจมาจากเต่า

หุ่นยนต์นิ่มที่พัฒนาขึ้นมานี้ยังติดตั้งเซนเซอร์เชิงกลที่มีความเรียบง่ายเอาไว้ด้วย ซึ่งเป็นฟองอากาศขนาดเล็กที่มีของเหลวด้านในทั้งยังมีความอ่อนนุ่มเป็นส่วนที่ต่อขยายออกมาจากลำตัวของหุ่นยนต์ เมื่อฟองอากาศโดนกดด้วยแรงดัน ของเหลวฟองอากาศจากทำการพลิกวาล์วส่งผลให้เกิดการขยับในทิศทางตรงกันข้าม

ขาหุ่นยนต์ทั้ง 4 นั้นมีองศาการขยับได้ 3 ระดับ ทำงานโดยกล้ามเนื้อที่ถูกออกแบบมา 3 ช่วง ทำมุมเฉียงลง 45 องศาประกอบด้วยช่องนิวแมติกทรงกระบอกที่เชื่อมต่อขนานกัน 3 ชุด ทั้ง 3 ชุดนั้นของแต่ละขานั้นสามารถบิดได้หลากหลายแกนตามความจำเป็นในการเดิน โดยจับคู่ขาข้างที่อยู่ตรงกันข้ามกันเพื่อให้ควบคุมได้ง่าย

ในอนาคตนั้นนักวิจัยตั้งเป้าพัฒนาขาเพื่อให้สามารถเดินบนพื้นที่ธรรมชาติและพื้นผิวที่ไม่เท่ากันได้ ซึ่งจะแก้ปัญหาในการนำทางเข้าสู่พื้นที่ได้อย่างหลากหลาย แต่สิ่งเหล่านี้ต้องการเครือข่ายเซนเซอร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นส่งผลให้ระบบนิวเมติกนั้นซับซ้อนยิ่งขึ้น

ที่มา:
Ucsdnews.ucsd.edu

บทความที่น่าสนใจ:
ครบรอบ 100 ปีหุ่นยนต์เปลี่ยนโลก! มองโลกผ่านประวัติศาสตร์ความฝันของมนุษย์
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
Thos
"Judge a man by his questions rather than his answers"
Voltaire