นักวิจัยอังกฤษคิดค้น "ปั๊มโลหะเหลว" ขนาดจิ๋วเท่าเมล็ดถั่ว ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 0.1 โวลต์ ทำหน้าที่เป็นเสมือน "หัวใจ" ขับเคลื่อนโครงสร้างหุ่นยนต์นิ่มและอุปกรณ์สวมใส่อัจฉริยะ
นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการพัฒนา “ปั๊มของเหลว” ขนาดจิ๋วที่ทำจากโลหะเหลว ซึ่งมีขนาดเล็กและเบาเทียบเท่ากับเมล็ดถั่ว แต่ทรงประสิทธิภาพสูงพอที่จะขับเคลื่อนการทำงานของหุ่นยนต์นิ่ม (Soft Robotics) ได้อย่างน่าอัศจรรย์ เทคโนโลยีนี้เปรียบเสมือนการสร้าง "หัวใจ" จำลองที่คอยอัดฉีดพลังงานกลและสัญญาณข้อมูลไปตามร่างกายของหุ่นยนต์ ช่วยให้อุปกรณ์สวมใส่ในอนาคตมีความคล่องตัว ปลอดภัย และสามารถพกพาติดตัวไปใช้งานในชีวิตประจำวันได้อย่างสะดวกยิ่งขึ้น
เบื้องหลังความสำเร็จและกลไก
ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของการพัฒนาหุ่นยนต์นิ่ม หรือหุ่นยนต์ที่สร้างจากวัสดุยืดหยุ่นเลียนแบบสิ่งมีชีวิต คือระบบขับเคลื่อน ในอดีตหุ่นยนต์เหล่านี้จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับปั๊มลมไฮดรอลิกหรือคอมเพรสเซอร์ภายนอกที่มีขนาดใหญ่ หนัก และมีเสียงดัง ทำให้ไม่สามารถนำมาใช้งานจริงในลักษณะอุปกรณ์พกพาได้
ดร. Saba Firouznia นักวิจัยถือหุ่นยนต์ผีเสื้อในมือ
เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยบริสตอล (University of Bristol) ประเทศอังกฤษ นำโดย ดร. Saba Firouznia นักวิจัยหลังปริญญาเอกและผู้นิพนธ์หลักของงานวิจัย ร่วมกับ ศาสตราจารย์ Jonathan Rossiter หัวหน้ากลุ่มวิจัยหุ่นยนต์นิ่ม ได้คิดค้นระบบปั๊มทางเลือกใหม่ที่เรียกว่า LIMA (Liquid-metal magnetohydrodynamic) ซึ่งอาศัยหลักการทางแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสของไหล
กลไกการทำงานของปั๊มจิ๋วนี้เรียบง่ายแต่ชาญฉลาด โครงสร้างภายในประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าสองขั้ว แม่เหล็กขนาดเล็กหนึ่งก้อน และหยดโลหะเหลว (Liquid Metal Droplet) เพียงหยดเดียว เมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าวิ่งผ่านหยดโลหะเหลวภายในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงที่เรียกว่า "แรงโลเรนตซ์" (Lorentz Force) ผลักดันให้หยดโลหะเหลวขยับเคลื่อนที่ไปมาอย่างต่อเนื่อง เกิดเป็นแรงปั๊มที่สามารถขับเคลื่อนของเหลวตัวนำในระบบให้ไหลเวียนได้ โดยปั๊มจิ๋วนี้มีน้ำหนักเบาเพียง 0.2 กรัม และมีปริมาตรเล็กเพียง 0.086 ลูกบาศก์เซนติเมตรเท่านั้น
จิ๋วแต่ทรงพลัง ขับเคลื่อนด้วยพลังงานต่ำกว่าถ่านไฟฉาย
ความโดดเด่นของนวัตกรรมชิ้นนี้ คือความสามารถในการทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำเป็นพิเศษ โดยใช้แรงดันไฟเฉลี่ยต่ำกว่า 0.1 โวลต์ ซึ่งหมายความว่าเราสามารถใช้เพียงถ่านไฟฉายขนาด AAA ทั่วไปก้อนเดียวก็เพียงพอที่จะเปิดใช้งานปั๊มนี้ได้โดยตรง เพราะโลหะเหลวนอกจากจะนำไฟฟ้าได้ดีเยี่ยมแล้ว ความตึงผิวของมันยังสามารถถูกปรับเปลี่ยนได้อย่างง่ายดายด้วยแรงดันไฟฟ้าในระดับมิลลิโวลต์ ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้ระบบปั๊มนี้ใช้พลังงานน้อยอย่างไม่น่าเชื่อ
แม้จะมีขนาดเท่าเมล็ดถั่วและใช้พลังงานต่ำมาก แต่ประสิทธิภาพในการส่งแรงดันและอัตราการไหลของของเหลวกลับสูงกว่าปั๊มเนื้อนิ่มรูปแบบเดิม ๆ ทั้งหมด และยังสามารถเอาชนะปั๊มเชิงพาณิชย์บางรุ่นที่ใช้อยู่ในปัจจุบันได้อีกด้วย นอกเหนือจากการส่งผ่านพลังงานกล (แรงดันไฮดรอลิก) แล้ว ปั๊มโลหะเหลวนี้ยังมีความสามารถในการส่งผ่านพลังงานเคมีรวมถึงสัญญาณข้อมูลดิจิทัลไปตามเครือข่ายท่อของเหลวขนาดเล็กได้พร้อมกัน ทำให้โครงสร้างทางกายภาพของหุ่นยนต์สามารถรับส่งข้อมูลและแปรเปลี่ยนรูปร่างได้ในระบบเดียว
ภาพมุมใกล้ของการใช้ปั๊มโลหะเลวกับหุ่นยนต์ผีเสื้อ
เทคโนโลยีที่ช่วยขยับปีกหุ่นยนต์ผีเสื้อ
ทีมนักวิจัยได้สาธิตการใช้งานจริงเพื่อแสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่หลากหลาย โดยนำปั๊มจิ๋วนี้ไปติดตั้งเป็นขุมพลังขับเคลื่อนปีกของหุ่นยนต์ผีเสื้อจำลอง ทำให้มันสามารถขยับปีกบินได้อย่างเป็นธรรมชาติ นอกจากนี้ยังนำไปประยุกต์ใช้กับเทคโนโลยีอุปกรณ์สวมใส่ (Wearable Devices) เช่น กำไลข้อมือเปลี่ยนสีได้ตามการสั่งการ และระบบ Haptic Feedback บนปลายนิ้ว หรือระบบตอบสนองด้วยการสัมผัสจำลอง ซึ่งช่วยให้ผู้สวมใส่เสื้อผ้าอัจฉริยะหรือถุงมือแพทย์สามารถรับรู้ถึงแรงกดและการสัมผัสในโลกเสมือนจริง (Virtual Reality) ได้อย่างสมจริงและนุ่มนวล โดยไม่รู้สึกหนักหรืออึดอัด
การคิดค้นปั๊มโลหะเหลวขนาดเท่าเมล็ดถั่วนี้ ทำให้ในอนาคตเราอาจได้เห็นเทคโนโลยีนี้ถูกใช้งานในอุปกรณ์การแพทย์ ปลอกแขนอัจฉริยะที่ช่วยพยุงกล้ามเนื้อผู้สูงอายุ หรือแม้กระทั่งหุ่นยนต์ขนาดจิ๋วที่กลืนลงท้องได้เพื่อไปส่งยาเฉพาะจุด การเปลี่ยนผ่านจากเครื่องจักรกลหนักมาสู่ระบบไหลเวียนโลหะเหลวขนาดจิ๋วนี้ จะเปลี่ยนโฉมหน้าของอุปกรณ์ไอทีและหุ่นยนต์ให้เป็นส่วนหนึ่งของวิถีชีวิตมนุษย์ได้อย่างปลอดภัยและเป็นธรรมชาติมากขึ้น
เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร
ที่มาข้อมูล: bristol, interestingengineering, techxplore, eurekalert, theengineer
ที่มาภาพ: bristol
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
