ทีมนักวิจัยใช้ความสามารถในการกระโดดอันทรงพลังของกบ นำมาพัฒนาเป็นนวัตกรรมหุ่นยนต์ขนาดพกพาที่ใช้พลังงานต่ำแต่สามารถดีดตัวพุ่งทะยานไปข้างหน้าได้อย่างเหลือเชื่อ ซึ่งไม่เพียงแต่แก้ปัญหาเรื่องข้อจำกัดด้านพลังงานในหุ่นยนต์ขนาดเล็กเท่านั้น แต่ยังเปิดมุมมองใหม่ให้กับการออกแบบเครื่องจักรกลที่สามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย ทั้งพื้นดินขรุขระและในน้ำ โดยไม่ต้องพึ่งพามอเตอร์ขนาดใหญ่
นวัตกรรมหุ่นยนต์กบพลังงานต่ำ
ข้อจำกัดที่ใหญ่ที่สุดของหุ่นยนต์ขนาดเล็กคือเรื่องพื้นที่และน้ำหนัก ซึ่งทำให้ไม่สามารถติดตั้งแบตเตอรี่หรือมอเตอร์ขนาดใหญ่ที่มีแรงขับเคลื่อนสูงได้ ทีมนักวิจัยจึงแก้ปัญหานี้ด้วยการเลียนแบบกลไกชีวภาพของกบ ที่ไม่ได้อาศัยแค่กล้ามเนื้อดึงดัน แต่เป็นการสะสมพลังงานไว้ในร่างกายแล้วปล่อยออกมาในทันที เพื่อสร้างแรงดีดตัวมหาศาลในชั่วพริบตา แนวคิดนี้ถูกนำมาแปลงเป็นโครงสร้างทางวิศวกรรม เพื่อให้หุ่นยนต์ขนาดจิ๋วสามารถเคลื่อนไหวได้อย่างคล่องแคล่วโดยใช้พลังงานจากมอเตอร์ขนาดเล็กจิ๋ว
ใช้หลักการบิดและสะบัดตัวอย่างรวดเร็ว
งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแอนเจลิส (University of California, Los Angeles หรือ UCLA) และมหาวิทยาลัยมิชิแกน (University of Michigan) ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยนักวิจัยได้ออกแบบแกนวัสดุยืดหยุ่นที่มีลักษณะบิดเป็นเกลียว เมื่อมอเตอร์ขนาดเล็กหมุนเพื่อบิดและงอแกนดังกล่าว ตัววัสดุจะค่อย ๆ สะสมพลังงานจลน์ไว้ภายใน จนกระทั่งถึงขีดจำกัด ตัวแกนจะเกิดการดีดตัวหรือ "สะบัด" อย่างรวดเร็ว (Snapping) ปลดปล่อยพลังงานที่สะสมไว้ออกมาเป็นแรงผลักดันมหาศาลส่งให้หุ่นยนต์พุ่งทะยานไปข้างหน้าได้อย่างง่ายดาย โดยอาศัยหลักการทางกลศาสตร์ขั้นสูงเข้ามาช่วยคำนวณจุดเวลาในการดีดตัวให้มีประสิทธิภาพสูงสุด
การใช้งานจริงในหลากหลายสภาพพื้นที่
หากเทียบกับหุ่นยนต์ทั่วไปที่มักเคลื่อนไหวได้ช้าและติดขัดเมื่อเจอพื้นที่ต่างระดับ หุ่นยนต์กบจิ๋วตัวนี้มีน้ำหนักเบาเพียงประมาณ 98 กรัม และมีความยาวราว 11 เซนติเมตร กลับทำผลงานได้อย่างน่าทึ่ง มันสามารถกระโดดข้ามสิ่งกีดขวาง ไต่ระดับบันได ตีลังกา รวมถึงเคลื่อนที่บนพื้นผิวที่หลากหลาย เช่น ไม้ ผืนผ้า หนัง พื้นหญ้า และทราย ได้อย่างรวดเร็วกว่าหุ่นยนต์แบบเดิมหลายเท่า ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อมีการติดอุปกรณ์เสริมสำหรับว่ายน้ำ หุ่นยนต์ตัวนี้ยังสามารถดำดิ่งลงไปแหวกว่ายในน้ำได้อย่างคล่องแคล่ว กลายเป็นเครื่องจักรกลอเนกประสงค์ที่ลุยได้ทั้งบนบกและในน้ำ
ต่อยอดงานสำรวจและกู้ภัย
ความสามารถในการเคลื่อนที่อย่างไร้รอยต่อระหว่างพื้นดินและแหล่งน้ำ รวมถึงความสามารถในการบุกไปในพื้นที่คับแคบ ทำให้เทคโนโลยีนี้มีประโยชน์อย่างมากในทางปฏิบัติ เช่น การส่งหุ่นยนต์จิ๋วเข้าไปสำรวจพื้นที่ประสบภัยพิบัติ ซากตึกถล่ม หรือพื้นที่กัมมันตรังสีที่มนุษย์ไม่สามารถเข้าไปเสี่ยงภัยได้ นอกจากนี้ยังอาจถูกต่อยอดไปใช้ในทางการแพทย์เพื่อการสำรวจภายในร่างกาย หรือภารกิจสำรวจสิ่งแวดล้อมที่ยากลำบากในอนาคต
ความสำเร็จในการพัฒนาหุ่นยนต์กบจิ๋วที่ขับเคลื่อนด้วยแกนยืดหยุ่นนี้ ถือเป็นหมุดหมายสำคัญที่พิสูจน์ให้เห็นว่า นวัตกรรมล้ำสมัยไม่จำเป็นต้องแลกมาด้วยขนาดที่ใหญ่โตหรือการใช้พลังงานมหาศาลเสมอไป การผสานความรู้ทางฟิสิกส์และธรรมชาติเข้าด้วยกัน จะช่วยปูทางให้เทคโนโลยีขนาดจิ๋วเหล่านี้ก้าวขึ้นมามีบทบาทสำคัญในการช่วยเหลือชีวิตมนุษย์ และเปลี่ยนโฉมหน้าภารกิจกู้ภัยสำรวจโลกยุคใหม่ให้มีประสิทธิภาพและความปลอดภัยสูงสุด
ที่มาของข้อมูล: samueli.ucla.edu, newatlas
ที่มาของภาพ: UCLA
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
