ในภารกิจกู้ภัยหรือการสำรวจพื้นที่ปิดล้อม เช่น ซากตึกถล่ม ถ้ำ หรือท่อระบายน้ำใต้ดิน การใช้โดรนทั่วไปมักประสบปัญหาใหญ่ เนื่องจากแสงสว่างไม่พอ ควันบดบังการมองเห็น และกล้องหรือระบบเรดาร์ LiDAR มักมีน้ำหนักมากเกินไปสำหรับโดรนขนาดเล็ก ทีมนักวิจัยได้คิดค้นเซนเซอร์สัมผัสที่เลียนแบบกลไกการคลำทางของสัตว์จำพวกหนู ช่วยให้โดรนขนาดเล็กพิเศษสามารถ “คลำทาง” บินผ่านอุปสรรคในความมืดได้อย่างคล่องแคล่ว
โดรนไม่ต้องมองเห็น ก็ “คลำ” ทางไปต่อได้
เมื่อพูดถึงโดรนบินสำรวจ หลายคนอาจนึกถึงกล้องที่ช่วยให้ผู้ควบคุมมองเห็นเส้นทางและหลบหลีกสิ่งกีดขวาง แต่หากต้องบินเข้าไปในพื้นที่มืดสนิท มีฝุ่นหนาแน่น หรือมีควันจนกล้องทำงานได้ยาก การนำทางก็กลายเป็นความท้าทายสำคัญ
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟท์ (Delft University of Technology) ประเทศเนเธอร์แลนด์ นำโดย ดร. Salua Hamaza และ Chaoxiang Ye ได้ออกแบบระบบหนวดสัมผัสเลียนแบบหนูและสัตว์ฟันแทะ ซึ่งเป็นระบบประมวลผลอัจฉริยะที่ใช้หน่วยความจำเพียง 34 กิโลไบต์ ซึ่งน้อยมากจนสามารถทำงานบนไมโครคอนโทรลเลอร์ขนาดจิ๋วบนตัวโดรนได้โดยตรง ระบบนี้จะคัดกรองสัญญาณรบกวนจากใบพัดออก และดึงเฉพาะข้อมูลการสัมผัสจริงมาใช้ในการตัดสินใจบินหลบหลีกได้อย่างรวดเร็ว
เลียนแบบหนวดหนู เปลี่ยนการสัมผัสเป็นระบบนำทาง
หนวดของหนูไม่ได้มีไว้เพียงรับรู้สิ่งที่อยู่ใกล้ตัว แต่ยังช่วยให้มันประเมินระยะห่างจากผนัง สำรวจช่องแคบ และเคลื่อนที่ในบริเวณที่แทบไม่มีแสงได้ เมื่อนำหลักการนี้มาประยุกต์ใช้กับโดรน นักวิจัยจึงออกแบบหนวดสังเคราะห์ที่สามารถตรวจจับการสัมผัสกับพื้นผิว แล้วเปลี่ยนข้อมูลที่ได้ให้เป็นสัญญาณสำหรับการนำทาง
หนวดสังเคราะห์นี้มีน้ำหนักรวมเพียง 3.2 กรัม และมีความยาวประมาณ 20 เซนติเมตร เมื่อติดตั้งไว้ด้านหน้าของโดรน หนวดจะทำหน้าที่สัมผัสพื้นผิวที่อยู่ใกล้เคียง โดยไม่จำเป็นต้องใช้แขนกลหรืออุปกรณ์กันกระแทกขนาดใหญ่เหมือนระบบสัมผัสบางรูปแบบในอดีต
เซนเซอร์วัดแรงกด ช่วยระบุตำแหน่งสิ่งกีดขวาง
หนวดแต่ละเส้นมีเซนเซอร์วัดความดันขนาดเล็ก 3 ตัวติดตั้งอยู่บริเวณโคนหนวด เมื่อหนวดสัมผัสและโค้งงอกับพื้นผิว เซนเซอร์จะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความดัน ก่อนส่งข้อมูลไปให้ระบบประมวลผลเพื่อกะตำแหน่งและความลึกของจุดสัมผัสในพื้นที่
ระบบสามารถประเมินระยะสัมผัสได้ในระดับมิลลิเมตร และตอบสนองต่อข้อมูลได้อย่างรวดเร็ว จึงช่วยให้โดรนรับรู้ว่าพื้นผิวอยู่ตรงไหน รวมถึงติดตามแนวผนังและสำรวจพื้นที่ที่ไม่เคยมีข้อมูลมาก่อนได้ นอกจากนี้ นักวิจัยยังได้พัฒนาซอฟต์แวร์ประมวลผลเพื่อแยกข้อมูลการสัมผัสจริงออกจากสัญญาณรบกวนที่เกิดจากตัวโดรนเอง
จุดที่น่าสนใจ คือ ระบบประมวลผลนี้ทำงานบนอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ติดตั้งอยู่บนโดรน และใช้หน่วยความจำเพียง 34 กิโลไบต์สำหรับกระบวนการประมวลผลข้อมูลการสัมผัสตามที่ทีมวิจัยรายงาน ช่วยลดข้อจำกัดด้านทรัพยากรที่เป็นปัญหาสำคัญของโดรนขนาดจิ๋ว
ทดลองบินในความมืด สร้างแผนที่โดยไม่ใช้กล้อง
ในการทดลอง โดรนสามารถบินตามแนวพื้นผิวทั้งแบบแข็งและแบบอ่อน เคลื่อนที่เลียบผนังภายในพื้นที่ปิด และรวบรวมข้อมูลจากการสัมผัสเพื่อสร้างแผนที่ของสภาพแวดล้อมที่ไม่คุ้นเคยได้ แม้อยู่ในความมืดสนิท นอกจากนี้ ยังสามารถใช้ข้อมูลที่เก็บรวบรวมเพื่อค้นหาทางออกจากพื้นที่ทดลองโดยไม่อาศัยข้อมูลจากกล้องหรือระบบระบุตำแหน่งภายนอก
ความสามารถดังกล่าวแตกต่างจากการนำทางด้วยภาพ ซึ่งต้องอาศัยข้อมูลที่กล้องมองเห็นเพื่อระบุตำแหน่งและตรวจจับวัตถุ ระบบสัมผัสจึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีข้อจำกัดด้านการมองเห็น และอาจนำมาใช้เสริมระบบนำทางรูปแบบอื่นได้
จากภารกิจกู้ภัย สู่การเข้าถึงพื้นที่เข้าถึงยาก
หนึ่งในภารกิจสำคัญของเทคโนโลยีนี้ คือการค้นหาและกู้ภัยในอาคารที่พังถล่มจากแผ่นดินไหว หรือพื้นที่ที่เกิดเพลิงไหม้จนมีควันและฝุ่นบดบังทัศนวิสัย โดรนขนาดเล็กที่ใช้การสัมผัสนำทางอาจช่วยสำรวจช่องว่างระหว่างซากอาคารหรือทางเดินที่แคบเกินกว่าจะส่งเจ้าหน้าที่เข้าไปตรวจสอบได้อย่างปลอดภัย
รวมไปถึงงานการตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐาน เช่น ท่อระบายน้ำ ช่องระบายอากาศ และอุโมงค์ใต้ดิน ซึ่งบางพื้นที่มีแสงน้อยและมีข้อจำกัดในการเข้าถึง การใช้โดรนที่รับรู้สภาพแวดล้อมผ่านการสัมผัสอาจช่วยเพิ่มทางเลือกในการสำรวจเบื้องต้น โดยลดความจำเป็นในการส่งคนเข้าไปในพื้นที่เสี่ยงตั้งแต่แรก
ในระยะยาว แนวคิดนี้ยังอาจต่อยอดสู่หุ่นยนต์สำรวจสภาพแวดล้อมอื่นที่มีข้อจำกัดด้านการมองเห็น เช่น พื้นที่ใต้ดินหรือบริเวณที่แสงส่องไม่ถึง อย่างไรก็ตาม การนำไปใช้งานจริงยังต้องผ่านการทดสอบเพิ่มเติม เพื่อประเมินความแม่นยำ ความปลอดภัย และความสามารถในการทำงานในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย
การพัฒนาโดรนติดหนวดสัมผัสสะท้อนให้เห็นว่า การนำทางของหุ่นยนต์ไม่จำเป็นต้องพึ่งการมองเห็นเพียงอย่างเดียว การเลียนแบบประสาทสัมผัสของสัตว์ช่วยให้นักวิจัยสร้างระบบที่มีน้ำหนักเบา ใช้ทรัพยากรประมวลผลน้อย และทำงานในความมืดได้ แม้ปัจจุบันยังมีข้อจำกัดด้านระยะตรวจจับและพื้นที่ใช้งาน แต่หากพัฒนาต่อจนมีความน่าเชื่อถือเพียงพอ เทคโนโลยีนี้อาจช่วยให้การสำรวจพื้นที่อันตรายและการค้นหาผู้ประสบภัยทำได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้นในอนาคต
ที่มาของข้อมูล: tudelft.nl, techeblog, interestingengineering
ที่มาของภาพ: Delft
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
