หุ่นยนต์ช้างพิมพ์ 3 มิติ ใช้วัสดุโฟมเดียว แต่สามารถเลียนแบบโครงสร้างเนื้อเยื่อได้หลากหลาย โดยปรับความยืดหยุ่นแบบอ่อนนุ่มไปจนถึงความแข็งแรงเหมือนกระดูกได้

ทีมนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส โลซาน (EPFL) พัฒนาหุ่นยนต์ช้างเลียนแบบชีวภาพด้วยการใช้เทคโนโลยี 3D Printing โดยใช้วัสดุโฟมเดียว แต่ควบคุมโครงสร้างภายในให้มีทั้งความแข็งและความนุ่มได้จากภายใน ทำให้ใช้วัสดุแบบเดียวก็สามารถใช้งานที่ตอบโจทย์ได้หลายฟังก์ชัน

ภาพ 1 - หุ่นยนต์ช้าง ใช้ง่วงที่เป็นเนื้อเยื่อพิเศษบิดจับดอกไม้

งานวิจัยจาก ห้องทดลองออกแบบและสร้างหุ่นยนต์ (Computational Robot Design and Fabrication Lab – CREATE) ของสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส โลซาน (Federal Institute of Technology Lausanne – EPFL) ได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาในวารสาร Science Advances เกี่ยวกับระบบ lattice programmable หรือโครงสร้างตาข่ายที่พิมพ์จากวัสดุโฟมเดียว แต่สามารถเลียนแบบคุณสมบัติเนื้อเยื่อชีวภาพได้ตั้งแต่กล้ามเนื้อที่อ่อนนุ่มจนถึงกระดูกที่แข็งแรง

ทีมวิจัยได้ออกแบบโครงสร้างตาข่าย (lattice) จากหน่วยเล็ก ๆ หรือ "cells" ที่ประกอบด้วยรูปทรงสองแบบหลักคือ BCC (body-centered cubic) และ X-cube ทำให้เซลล์สามารถออกแบบได้กว่า 4 ล้านแบบ และหากเพิ่มเป็น 5 เซลล์ ตัวเลือกจะขยายเป็น 75 ล้านแบบ ช่วยให้สามารถออกแบบหุ่นยนต์ที่ตอบสนองความต้องการเฉพาะทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ภาพ 2 - การทำงานของโครงสร้างตาข่ายที่ทำงานได้หลายฟังก์ขัน

หุ่นยนต์ช้างที่สร้างขึ้นสามารถแสดงพฤติกรรมต่าง ๆ ได้หลากหลาย เช่น งอ บิด หมุนงวงเพื่อหยิบดอกไม้ หรือแม้แต่การเตะลูกโบว์ลิงล้มหมุดได้ 7 หมุด ความโดดเด่นของเทคโนโลยีนี้คือโครงสร้างตาข่ายที่เหมือนรังผึ้ง (honeycomb) ช่วยให้มีน้ำหนักเบาแต่คงความแข็งแรงสูง หุ่นยนต์จึงเคลื่อนที่ได้ดีในสภาพแวดล้อมต่าง ๆ รวมถึงสามารถนำโครงสร้างนี้ใส่เซนเซอร์หรือระบบอิเล็กทรอนิกส์ภายในได้ง่าย

กล่าวโดยสรุป เทคโนโลยีหุ่นยนต์ช้างพิมพ์ 3 มิติของ EPFL นี้ ผสานนวัตกรรมทางชีวกลศาสตร์กับเทคนิคการพิมพ์สามมิติได้อย่างมีประสิทธิภาพ ระบบ lattice programmable ไม่เพียงแต่จำลองการทำงานของเนื้อเยื่อจริงได้อย่างแม่นยำ แต่ยังตอบโจทย์ด้านน้ำหนักเบา ความยืดหยุ่น และความแข็งแรง เหมาะสำหรับการนำไปใช้ใน soft robotics, อุปกรณ์ wearable หรือเครื่องมือแพทย์ที่ต้องการสมดุลระหว่างความยืดหยุ่นและความทนทาน

เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: epfl, bbc, swissinfo, 3dnatives
ที่มาภาพ: epfl, ภาพ 1, ภาพ 2
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

หุ่นยนต์ช้างพิมพ์ 3 มิติ โครงสร้างตาข่ายวัสดุเดียว ปรับยืดหยุ่นเลียนแบบชีวภาพ