พายุมาก็ไม่กลัว! เทคโนโลยี "หุ่นยนต์นกจำลอง" พลิกโฉมโดรนส่งของ-กู้ภัย ให้บินฝ่าพายุได้

นักวิทย์แกะรอยความลับจาก “นกเหยี่ยว” พัฒนาเทคโนโลยีควบคุมโดรนที่ปรับรูปทรงปีกและหางเพื่อซับแรงกระแทกจากลมหมุน ช่วยทลายข้อจำกัดให้โดรนขนส่งและกู้ภัยสามารถบินปฏิบัติภารกิจได้อย่างปลอดภัยแม้ในสภาพอากาศแปรปรวน

เคยสงสัยไหมว่าทำไมนกเหยี่ยวถึงบินร่อนและหยุดนิ่งกลางอากาศได้อย่างมั่นคง แม้เป็นวันที่พายุพัดกระหน่ำอย่างรุนแรง ทีมนักวิจัยประสบความสำเร็จในการสร้างหุ่นยนต์จำลองที่แกะรอยการทำงานของกระดูก ข้อต่อ และความยืดหยุ่นของขนนกเหยี่ยวขณะเผชิญพายุ

การค้นพบครั้งสำคัญนี้กำลังจะเปลี่ยนโฉมวงการโดรนและอากาศยานไร้คนขับ (UAV) ทั่วโลก จากเดิมที่มักจะถูกสั่งห้ามบินเมื่อสภาพอากาศย่ำแย่ ให้กลายเป็นอากาศยานอัจฉริยะที่สามารถบินฝ่าพายุได้อย่างปลอดภัย ซึ่งนวัตกรรมนี้จะเข้ามาพลิกวิกฤตทั้งในระบบการขนส่งด่วนทางอากาศ ยกระดับการทำเกษตรแม่นยำ และช่วยให้ภารกิจกู้ภัยในพื้นที่ภัยพิบัติมีความปลอดภัยมากขึ้น

วิศวกรเรียนรู้วิธี "สู้ลม" จากนกเหยี่ยว

ปัญหาใหญ่ของโดรนหรืออากาศยานไร้คนขับขนาดเล็กในปัจจุบันคือ "สภาพอากาศแปรปรวน" (Turbulence) ซึ่งมักจะทำให้โดรนสูญเสียการทรงตัว ตกหล่น หรือไม่สามารถออกปฏิบัติการได้เลยเมื่อมีพายุ แต่ในธรรมชาตินั้น นกเหยี่ยวเคสตรัล (Nankeen Kestrel) กลับเป็นปรมาจารย์ด้านการบินที่สามารถลอยตัวนิ่ง ๆ กลางอากาศเพื่อจ้องหาเหยื่อได้อย่างมั่นคง แม้จะมีกระแสลมกระโชกแรงแรงปะทะอยู่ตลอดเวลา

ทีมนักวิทยาศาสตร์จึงได้หันมาศึกษาพฤติกรรมนี้ โดยใช้เทคโนโลยีจับการเคลื่อนไหว (Motion Capture) ตรวจสอบการบินของนกเหยี่ยวในอุโมงค์ลมขนาดยักษ์ จนพบว่าพวกมันไม่ได้ใช้แค่วิธีต้านลม แต่มีกลยุทธ์ที่ซับซ้อนกว่านั้น นกจะใช้การปรับเปลี่ยนรูปทรงของปีกและหางอย่างต่อเนื่อง พร้อมทั้งอาศัยความยืดหยุ่นตามธรรมชาติของข้อต่อและขนนกในการช่วยดูดซับแรงกระแทกจากกระแสลมหมุนอย่างรวดเร็วเกือบจะในทันที

หุ่นยนต์นกจำลอง เลียนแบบโครงสร้างกระดูและปีกนกจริง

สร้างหุ่นยนต์นกจำลอง เปลี่ยนโลกการบิน

งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ จากมหาวิทยาลัย RMIT ((Royal Melbourne Institute of Technology) ประเทศออสเตรเลีย ร่วมมือกับมหาวิทยาลัย Bristol ประเทศอังกฤษ ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Journal of the Royal Society Interface

ดร. Mario Martinez Groves-Raines และ Matt Penn ทีมวิศวกรผู้เชี่ยวชาญด้านการบินระบุว่า พวกเขาได้สร้าง "หุ่นยนต์นกจำลอง" ขึ้นมาเพื่อทดสอบการตอบสนองในอุโมงค์ลมทดลองอุตสาหกรรม การใช้หุ่นยนต์กลไกที่เลียนแบบโครงสร้างกระดูกและปีกนกจริง ๆ ช่วยให้ทีมวิจัยสามารถวัดแรงกดอากาศและศึกษาการขยับปีกที่ส่งผลต่อการทรงตัวได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่สามารถทำได้จากการสังเกตนกจริงในธรรมชาติ ผลลัพธ์ที่ได้ทำให้เข้าใจถึงกระบวนการ "ปรับเปลี่ยนรูปทรงปีกและหางร่วมกัน" (Coupled Wing and Tail Morphing) ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของการบินที่เสถียรที่สุด

ประโยชน์ต่อระบบขนส่งและการกู้ภัย

การเข้าถึงความลับในการทรงตัวของนกเหยี่ยวไม่ได้หยุดอยู่แค่ในงานวิจัย แต่มันกำลังจะกลายเป็นเทคโนโลยีที่พลิกโฉมชีวิตประจำวันของมนุษย์ โดยเฉพาะในโลกยุคปัจจุบันที่เผชิญกับปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ซึ่งทำให้เกิดพายุและลมแปรปรวนบ่อยครั้งขึ้น

• ธุรกิจโลจิสติกส์และการขนส่ง: โดรนส่งของในอนาคตจะไม่ต้องจอดนิ่งอยู่ในคลังเมื่อฝนตกหรือลมแรง การขนส่งพัสดุและเวชภัณฑ์ด่วนจะมีความแม่นยำและตรงเวลามากขึ้น ลดปัญหาเที่ยวบินดีเลย์
• ภารกิจกู้ภัยในพื้นที่ภัยพิบัติ: ในสถานการณ์ที่เกิดดินถล่ม พายุเข้า หรือน้ำท่วมใหญ่ ซึ่งเครื่องบินหรือเฮลิคอปเตอร์ขนาดใหญ่ไม่สามารถเข้าไปได้ โดรนอัจฉริยะที่ใช้เทคโนโลยีปีกนกนี้จะสามารถบินฝ่าลมหมุนเข้าไปส่งอุปกรณ์ช่วยชีวิต หรือถ่ายภาพประเมินสถานการณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• การสำรวจและการเกษตร: ช่วยให้การบินโดรนเพื่อพ่นยา ตรวจสอบพืชผล หรือการถ่ายภาพมุมสูงในงานภาพยนตร์มีความนิ่งและเสถียร ได้ภาพที่คมชัด ไม่สั่นไหว แม้จะทำงานในพื้นที่ลมแรงตามหุบเขาหรือชายฝั่งทะเล

แนวโน้มในอนาคตสู่เครื่องบินพาณิชย์

รองศาสตราจารย์ Abdulghani Mohamed หัวหน้าทีมวิจัยอาวุโสเปิดเผยว่าขั้นตอนต่อไปของโครงการนี้คือการพัฒนาและติดตั้งระบบเซนเซอร์อัจฉริยะเข้าไปในตัวอากาศยาน เพื่อให้โดรนสามารถตรวจจับและพยากรณ์กระแสลมที่จะเข้ามาปะทะล่วงหน้าได้อย่างฉับไวเหมือนที่สมองของนกทำได้

นอกจากนี้ แม้ว่าในปัจจุบันเทคโนโลยีนี้จะเริ่มต้นทดลองกับอากาศยานไร้คนขับขนาดเล็ก แต่ทีมวิศวกรและผู้พัฒนาตั้งเป้าหมายที่จะถอดรหัสข้อมูลชุดนี้ให้ง่ายขึ้น เพื่อนำไปปรับใช้และต่อยอดกับเครื่องบินโดยสารหรือเครื่องบินพาณิชย์ขนาดใหญ่ในอนาคต ซึ่งจะช่วยลดแรงสั่นสะเทือนเวลาเครื่องบินตกหลุมอากาศ เพิ่มความปลอดภัย และประหยัดพลังงานในการเดินทางทางอากาศได้อย่างมหาศาล

เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: rmit, popsci, techxplore, eurekalert
ที่มาภาพ: rmit

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech