เนื่องจากยังรับสัมผัสพื้นผิวเพื่อนำไปใช้งานในการกะแรงจับวัตถุได้ไม่แม่นยำ งานวิจัยล่าสุดจากจีนอาจช่วยแก้โจทย์ใหญ่ข้อนี้ได้ ด้วยระบบผิวหนังเทียมที่ทำงานเลียนแบบระบบประสาทรับสัมผัสของมนุษย์
เมื่อหุ่นยนต์ต้องจับของที่เปราะบาง เช่น ไข่ไก่ ผลไม้สุก แก้วกระดาษ หรือต้องประคองมือผู้ป่วย หุ่นยนต์มักบีบแรงเกินจนของแตกเสียหาย หรือจับเบาเกินจนของหลุดมือ ที่เป็นเช่นนั้นเพราะยังกะแรงกดและรับรู้พื้นผิวที่สัมผัสได้ไม่แม่นยำเท่าไรนัก
ข้อจำกัดนี้เป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ยังไม่นำมาใช้ในชีวิตประจำวันอย่างแพร่หลาย นักพัฒนาจึงให้ความสำคัญกับระบบรับสัมผัสมากขึ้น ซึ่งเป็นโจทย์ทางวิศวกรรมที่ยากที่สุดข้อหนึ่งด้วย
ผิวหนังของมนุษย์มีตัวรับแรงกล (mechanoreceptor) มากกว่า 200,000 จุดกระจายอยู่ทั่วร่างกาย ตัวรับเหล่านี้รับรู้แรงกด การสั่นสะเทือน และการเปลี่ยนรูปตลอดเวลา เราจึงรู้สึกได้ตั้งแต่แมลงวันบินตอมแขนไปจนถึงบาร์เบลหนักหลายสิบกิโลกรัม และชักมือหนีจากของร้อนได้แทบจะทันที การทำให้หุ่นยนต์รับรู้ได้ใกล้เคียงกับมนุษย์จึงเป็นเรื่องไม่ง่าย หากติดเซนเซอร์จำนวนมากทั่วตัวหุ่นยนต์ให้เหมือนกับผิวหนังของมนุษย์แล้วเดินสายจากเซนเซอร์ทุกตัวไปยังคอมพิวเตอร์ส่วนกลาง แขนและลำตัวของหุ่นยนต์จะเต็มไปด้วยสายไฟจนขยับลำบาก ส่วนระบบอ่านค่าแบบเดิมที่ไล่ตรวจเซนเซอร์ทีละจุดก็มีข้อเสียเช่นกัน ยิ่งเซนเซอร์มาก การอ่านค่ายิ่งช้า สัญญาณจากเซนเซอร์ที่อยู่ติดกันจะรบกวนกันเองและข้อมูลจะป้อนเข้าสู่ระบบมากจนประมวลผลไม่ทัน
ผิวหนังเทียมที่ทำงานคล้ายระบบประสาท
ทีมนักวิจัยนานาชาตินำมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีภาคใต้แห่งประเทศจีน (Southern University of Science and Technology) ในเมืองเซินเจิ้น ทำงานร่วมกับสถาบันเทคโนโลยีปักกิ่ง (Beijing Institute of Technology) มหาวิทยาลัยปัญญาประดิษฐ์ โมฮาเม็ด บิน ซาเยด (Mohamed bin Zayed University of Artificial Intelligence) และสถาบันอื่น ๆ เพื่อพัฒนาผิวหนังเทียมสำหรับหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ชื่อ “NI-skin” และตีพิมพ์ผลงานในวารสาร Nature Machine Intelligence
NI-skin เป็นผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์ชนิดไอออนทรอนิกส์ (iontronics) ที่ใช้การเคลื่อนที่ของไอออนในวัสดุพอลิเมอร์เนื้อนุ่มเปลี่ยนแรงกดให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า หลักการนี้คล้ายกับการทำงานของเซลล์ประสาทรับความรู้สึกในสิ่งมีชีวิต ผิวหนังนี้มีหน่วยรับสัมผัสมากกว่า 10,000 จุด หนาแน่นถึง 1,110 หน่วยต่อตารางเซนติเมตร และอ่านค่าได้ 100 เฟรมต่อวินาที
กุญแจสำคัญคือเทคนิคการเข้ารหัสตำแหน่งด้วยความถี่ เซนเซอร์แต่ละจุดจะมีความถี่ประจำตัวของตัวเอง จึงส่งสัญญาณพร้อมกันผ่านช่องทางเดียวได้โดยไม่ต้องรอคิว และระบบยังรู้ว่าสัญญาณแต่ละชิ้นมาจากจุดไหน หลักการนี้คล้ายกับสายโทรศัพท์เส้นเดียวที่รองรับการคุยได้หลายสายพร้อมกัน ผลคือความล่าช้าและสัญญาณรบกวนลดลงอย่างมาก
เพื่อไม่ให้ข้อมูลล้นระบบ ทีมวิจัยออกแบบการประมวลผลเป็น 3 ขั้นตามแบบระบบประสาทของมนุษย์ ขั้นแรกผิวหนังเข้ารหัสสัญญาณ ขั้นที่สองระบบบีบอัดข้อมูลให้เล็กลงหลายร้อยเท่า และขั้นสุดท้ายปัญญาประดิษฐ์ตีความข้อมูลและตัดสินใจ การแบ่งงานแบบนี้คล้ายกับที่ไขสันหลังช่วยกรองข้อมูลสัมผัสก่อนส่งต่อให้สมอง
จับไส้ดินสอได้มั่นคง และหลบอันตรายได้เอง
ในการทดสอบ หุ่นยนต์ที่ติด NI-skin แยกแยะรายละเอียดพื้นผิวได้ละเอียดถึง 300 ไมโครเมตร ใกล้เคียงกับปลายนิ้วมนุษย์ และจับของที่บอบบางมากได้อย่างมั่นคง เช่น ไส้ดินสอขนาด 0.5 มิลลิเมตร และลวดบัดกรีอ่อนขนาด 0.2 มิลลิเมตร ซึ่งงานเหล่านี้ต้องควบคุมแรงอย่างละเอียด มือหุ่นยนต์ทั่วไปจึงทำได้ยาก
อีกทั้งผิวหนังเทียมนี้ยังรับรู้อันตรายได้ด้วย เพราะทำงานคล้ายระบบรับรู้ความเจ็บปวด (nociception) ของสิ่งมีชีวิต หุ่นยนต์จึงชักมือหนีจากของมีคมได้ทันทีโดยไม่ต้องรอให้สมองกลประมวลผลก่อน และจับลูกเกาลัดที่มีหนามแหลมได้อย่างปลอดภัย ความสามารถนี้สำคัญมากถ้าหุ่นยนต์ต้องทำงานใกล้ชิดกับคน และยังช่วยปกป้องพื้นผิวและชิ้นส่วนราคาแพงของหุ่นยนต์เองด้วย
เปิดข้อมูลสู่สาธารณะ หวังเร่งการพัฒนาในวงการหุ่นยนต์
ทีมวิจัยเผยแพร่ชุดข้อมูลการทดลอง โค้ดโปรแกรม และซอฟต์แวร์ควบคุมไว้บนแพลตฟอร์มสำหรับนักพัฒนา GitHub ให้ทุกคนเข้าถึงได้ ซึ่งอาจช่วยให้เทคโนโลยีนี้ถูกนำไปใช้และต่อยอดได้เร็วขึ้น
นักวิจัยระบุว่าเซนเซอร์ที่หนาแน่น การประมวลผลที่รวดเร็ว และการออกแบบที่ใช้แบนด์วิดท์น้อย ทำให้ NI-skin เป็นพื้นฐานด้านการรับสัมผัสที่เข้าใกล้ระดับมนุษย์ ถ้าหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ในอนาคตจะทำงานบ้าน ใช้เครื่องมือ หรือทำงานข้างมนุษย์ได้โดยไม่ต้องมีคนคอยดูตลอดเวลา ผิวหนังแบบนี้อาจเป็นชิ้นส่วนที่ขาดไม่ได้
เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
ที่มาข้อมูล : bioengineer
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
