“ชุดดำน้ำอัจฉริยะ” ผลิตจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ พร้อมระบบผลิตออกซิเจนในตัว ช่วยเปลี่ยนแมลงสาบไซบอร์กให้กลายเป็นหุ่นยนต์กู้ภัยค้นหาผู้รอดชีวิต สามารถมุดลุยซากปรักหักพังที่น้ำท่วมขังและพื้นที่ไร้อากาศได้นานถึง 3 ชั่วโมง
เมื่อเกิดภัยพิบัติร้ายแรง เช่น แผ่นดินไหวหรือดินถล่ม อุปสรรคสำคัญของทีมกู้ภัยคือการเข้าถึงผู้รอดชีวิตที่ติดอยู่ใต้ซากอาคารหักพัง ยิ่งถ้ามีฝนตกหนักจนน้ำท่วมขัง ช่องแคบ ๆ เหล่านั้นก็ยิ่งกลายเป็นเขตอันตรายที่หุ่นยนต์ทั่วไปสำรวจไม่ได้ เทคโนโลยีหุ่นยนต์ชีวภาพ (Biohybrid Robotics) ที่มาพร้อมกับแมลงที่หลายคนหวาดกลัวให้กลายเป็นฮีโร่กู้ภัย ด้วยนวัตกรรมชุดดำน้ำขนาดจิ๋วที่ช่วยให้กองทัพแมลงไซบอร์กสามารถดำน้ำและปฏิบัติภารกิจในพื้นที่เสี่ยงภัยได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เมื่อแมลงสาบกลายเป็น “นักประดาน้ำไซบอร์ก”
เดิมที นักวิจัยได้พัฒนา “แมลงสาบไซบอร์ก” โดยการติดตั้งแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กไว้บนหลังของแมลงสาบมาดากัสการ์ ซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่ตัวใหญ่ แข็งแรง และไม่มีปีก เพื่อควบคุมทิศทางการเดินของมันจากระยะไกลสำหรับใช้ในภารกิจค้นหาผู้รอดชีวิต ทว่าข้อจำกัดสำคัญคือ พวกมันเป็นแมลงบก ไม่สามารถทนต่อสภาพน้ำท่วมขังหรือท่อระบายน้ำที่มีก๊าซพิษและขาดออกซิเจนได้
ชุดดำน้ำของแมลงสาบไซบอร์ก พิมพ์แบบ 3 มิติ
เพื่อทลายขีดจำกัดนี้ ทีมวิจัยจึงได้ออกแบบและสร้างชุดดำน้ำน้ำหนักเบาที่มีความยืดหยุ่นสูงด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ตัวชุดประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก ได้แก่ ถังผลิตออกซิเจนเคมีขนาดจิ๋ว เปลือกนอกกันน้ำที่ยืดหยุ่นได้ และท่อส่งออกซิเจนซิลิโคนจำนวน 4 เส้น ระบบทั้งหมดนี้จะทำหน้าที่ปกป้องตัวแมลงจากน้ำ และส่งอากาศเข้าสู่ร่างกายของมันโดยตรง ทำให้มันเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระทั้งบนบกและในน้ำ
ถังออกซิเจนเคมี ที่ไม่ต้องง้อถังอัดอากาศ
งานวิจัยชิ้นสำคัญนี้เป็นผลงานของทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนันยาง ประเทศสิงคโปร์ (Nanyang Technological University: NTU) ร่วมกับมหาวิทยาลัยวาเซดะ ประเทศญี่ปุ่น (Waseda University) โดยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ Nature Communications
ทีมพัฒนาชุดดำน้ำแมลงสาบไซบอร์กจาก 2 มหาวิทยาลัย
หัวใจหลักของความสำเร็จในงานวิจัยนี้คือ วิธีการแก้ปัญหาเรื่องน้ำหนักและพื้นที่ ทีมวิศวกรระบุว่าการจะให้แมลงแบกถังอัดอากาศเหมือนนักประดาน้ำมนุษย์นั้นเป็นไปไม่ได้เพราะหนักเกินไป พวกเขาจึงหันมาใช้ระบบปฏิกรณ์เคมีบำบัด โดยภายในถังสารเคมีจิ๋วจะบรรจุฟองน้ำที่เคลือบด้วยสารแมงกานีสไดออกไซด์ เมื่อหยดสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เจือจางลงไป จะเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ค่อย ๆ ปล่อยก๊าซออกซิเจนออกมาอย่างช้า ๆ และสม่ำเสมอ ส่งผ่านท่อซิลิโคนตรงเข้าสู่ช่องหายใจข้างลำตัวของแมลงสาบโดยตรง
จากการทดสอบในท่อจำลองสถานการณ์ภัยพิบัติที่มีทั้งน้ำท่วมและเต็มไปด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ พบว่าแมลงสาบไซบอร์กที่สวมชุดนี้สามารถเคลื่อนไหว ดำน้ำ และรอดชีวิตอยู่ได้นานถึง 3 ชั่วโมงเต็ม โดยมีความเร็วในการเดินลุยน้ำใกล้เคียงกับการเดินบนบก
ประสิทธิภาพที่หุ่นยนต์ยังเทียบไม่ติด
เทคโนโลยีแมลงไซบอร์กสะเทินน้ำสะเทินบกนี้ มีข้อดีที่เหนือกว่าโดรนหรือหุ่นยนต์สี่ขาขนาดเล็กทั่วไป ในแง่ของ “พลังงานและความคล่องตัว” เนื่องจากระบบขับเคลื่อนหลักยังคงใช้กล้ามเนื้อและพลังงานธรรมชาติจากตัวแมลงเอง แบตเตอรี่บนหลังจึงใช้เพียงแค่การส่งสัญญาณควบคุมทิศทางและการสื่อสารเท่านั้น ทำให้ทำงานได้ยาวนานกว่า
การดำน้ำของแมลงสาบไซบอร์ก เมื่อใส่ชุดดำน้ำ
นอกจากนี้ โครงสร้างร่างกายตามธรรมชาติของแมลงสาบมีความยืดหยุ่นสูง สามารถเบียดตัวผ่านซากตึก บิดตัวในช่องแคบ หรือเดินบนพื้นผิวที่ขรุขระได้อย่างยอดเยี่ยม ซึ่งเป็นสิ่งที่หุ่นยนต์กลไกทั่วไปยังทำได้ยาก ยิ่งเมื่อเพิ่มความสามารถในการลุยน้ำ ดำน้ำข้ามสิ่งกีดขวาง หรือมุดผ่านท่อระบายน้ำที่ถูกน้ำท่วม ระบบนี้จึงกลายเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังในการค้นหาสัญญาณชีพของผู้ประสบภัยที่ติดอยู่ภายในช่องว่างใต้ซากอาคารหลังจากเกิดเหตุภัยพิบัติ เช่น แผ่นดินไหวได้อย่างแม่นยำและรวดเร็วขึ้น
การเปลี่ยนแมลงสาบให้กลายเป็นนักกู้ภัยสะเทินน้ำสะเทินบก สะท้อนให้เห็นถึงแนวคิดการผสานธรรมชาติเข้ากับวิศวกรรมสมัยใหม่ได้อย่างลงตัว ในอนาคต ทีมผู้พัฒนาตั้งเป้าที่จะติดตั้งเซนเซอร์ตรวจจับความร้อน กล้องถ่ายภาพขนาดจิ๋ว หรือเครื่องตรวจจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มเติม เพื่อให้กองทัพไซบอร์กจิ๋วเหล่านี้สามารถระบุตำแหน่งของผู้รอดชีวิตได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ยกระดับการช่วยเหลือเพื่อนมนุษย์ให้มีประสิทธิภาพสูงสุด
เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร
ที่มาข้อมูล: ntu, techxplore, eurekalert, newscientist
ที่มาภาพ: ntu
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
