ซ่อมตัวเองได้! ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์ ปลดล็อกการทำงานหุ่นยนต์ ซ่อมแซมรอยรั่วเมื่ออยู่ใต้น้ำได้

นักวิจัยพัฒนา “ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์” ที่รับรู้การสัมผัส ตรวจจับความเสียหาย และซ่อมแซมตัวเองได้แม้อยู่ใต้น้ำ พร้อมสร้างต้นแบบสำหรับถุงมือดำน้ำและมือหุ่นยนต์ที่ทำงานในสภาพแวดล้อมเสี่ยงได้นานขึ้น

มหาสมุทรถือเป็นหนึ่งในพื้นที่ที่มีสภาวะสุดขั้วและท้าทายที่สุดสำหรับการทำงานของเครื่องจักร อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปมักชำรุดได้ง่ายจากความกดดัน ความชื้น และเกลือในน้ำทะเล เมื่อเกิดบาดแผลหรือรอยรั่วเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้ระบบล้มเหลวทันที นักวิทย์ได้พัฒนานวัตกรรม “ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์” ที่รักษาตัวเองได้ใต้น้ำ สามารถเลียนแบบกลไกของผิวหนังสิ่งมีชีวิต ทั้งการรับรู้สัมผัส รู้จักความเจ็บปวด และฟื้นฟูตัวเองได้โดยไม่ต้องพึ่งพาพลังงานภายนอก

ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์ที่ “รู้สึกเจ็บ” และซ่อมตัวเองได้

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ (National University of Singapore: NUS) พัฒนา “ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์” ที่ไม่ได้ทำหน้าที่เพียงรับรู้การสัมผัสหรือระยะห่างของวัตถุ แต่ยังสามารถตรวจจับได้ว่าตัวเองถูกเจาะ ฉีก หรือกรีด และเริ่มกระบวนการซ่อมแซมความเสียหายได้เอง แม้อยู่ในน้ำ เทคโนโลยีนี้ออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหาของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใต้น้ำ ซึ่งมักต้องพึ่งพาแบตเตอรี่และจำเป็นต้องนำขึ้นมาซ่อมเมื่อเซนเซอร์เสียหาย โดยทีมวิจัยได้สาธิตการทำงานผ่านถุงมือสำหรับนักดำน้ำและมือหุ่นยนต์ที่หยิบจับสิ่งของใต้น้ำได้

จาก “ผิวหนังมนุษย์” สู่เซนเซอร์ที่รับรู้ความเสียหาย

แนวคิดสำคัญของเทคโนโลยีนี้มาจากผิวหนังของมนุษย์ ซึ่งมีทั้งความสามารถในการรับสัมผัสและระบบเตือนเมื่อเกิดความเจ็บปวด รวมถึงการซ่อมแซมบาดแผล นักวิจัยจึงพัฒนาโครงสร้างผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์หลายชั้น โดยใช้วัสดุยืดหยุ่นที่สามารถซ่อมตัวเองได้ร่วมกับตัวนำโลหะเหลว ทำให้เซนเซอร์สามารถโค้งงอและยืดตามการเคลื่อนไหวโดยไม่เสียรูปง่าย

เมื่อชั้นบนของเซนเซอร์ถูกเข็มแทงหรือเกิดรอยฉีก ความต้านทานทางไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงอย่างชัดเจน ทำหน้าที่คล้ายสัญญาณ “ความเจ็บปวด” เพื่อแจ้งว่าความเสียหายเกิดขึ้นจริง แยกออกจากการสัมผัสตามปกติได้ จากนั้นวัสดุจะเริ่มเชื่อมต่อโครงสร้างกลับเข้าหากันด้วยปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลที่สามารถย้อนกลับได้

คืนความยืดหยุ่นและซ่อมตัวเองได้

งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ (National University of Singapore) และมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหัวจง (Huazhong University of Science and Technology) ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Materials เมื่อเดือนเมษายน 2026 ในชื่อ “A Self-Healing Magnetoelectric Sensor with Pain Sensing for Underwater Soft Electronics” โดยทีมวิจัยนำโดยผู้ช่วยศาสตราจารย์ Tan Yu Jun จากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ Tan Yu Jun และทีมพัฒนา ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์

ผลการทดลองพบว่า วัสดุสามารถคืนความยืดหยุ่นได้สูงสุดประมาณ 92% ขณะที่เมื่อได้รับความร้อนเล็กน้อย กระบวนการซ่อมแซมในอากาศมีประสิทธิภาพประมาณ 82% หลังผ่านไป 7 วัน และเพิ่มขึ้นเกือบ 100% เมื่ออยู่ใต้น้ำเป็นเวลา 10 วัน นอกจากนี้ รอยเจาะขนาดเล็กสามารถทำให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้ากลับคืนมาได้ภายในไม่กี่วินาทีโดยไม่ต้องซ่อมจากภายนอก ส่วนรอยตัดขนาดใหญ่จำเป็นต้องกดพื้นผิวที่เสียหายให้กลับมาสัมผัสกันก่อน แล้วจึงปล่อยให้วัสดุฟื้นตัวต่อไป

ไม่ต้องใช้พลังงานจากภายนอก

อีกจุดเด่นคือระบบตรวจจับการสัมผัสและวัตถุใกล้เคียงสามารถสร้างสัญญาณไฟฟ้าด้วยตัวเอง โดยอาศัยหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ภายในมีแม่เหล็กขนาดเล็กและขดลวดที่ทำจากโลหะเหลว เมื่อมีแรงกดหรือวัตถุเคลื่อนเข้ามาใกล้ แม่เหล็กจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับขดลวด ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าสำหรับใช้ตรวจจับการสัมผัสและระยะห่าง

การออกแบบลักษณะนี้ช่วยลดข้อจำกัดจากการต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอก ซึ่งเป็นประเด็นสำคัญสำหรับอุปกรณ์ใต้น้ำ เพราะการเปลี่ยนแบตเตอรี่หรือซ่อมวงจรทำได้ยากกว่าบนอุปกรณ์ทั่วไป การทดสอบยังพบว่าเซนเซอร์ตอบสนองได้ภายในประมาณ 41 มิลลิวินาที และยังคงทำงานได้หลังผ่านการใช้งานซ้ำ 10,000 ครั้ง รวมถึงสามารถตรวจจับวัตถุได้ต่อเนื่องหลังแช่อยู่ในน้ำเป็นเวลา 10 วัน

ทดลองจริงกับถุงมือดำน้ำและมือหุ่นยนต์

ทีมวิจัยนำเทคโนโลยีไปสร้างต้นแบบ 2 รูปแบบ โดยแบบแรกเป็น “ถุงมือสำหรับนักดำน้ำ” ที่ติดเซนเซอร์ไว้บริเวณปลายนิ้ว เมื่อผู้สวมใส่ทำท่ามือแตกต่างกัน ระบบสามารถแยกสัญญาณและส่งข้อมูลแบบไร้สายไปยังสมาร์ตโฟน เพื่อสื่อสารคำสั่ง เช่น ต้องการความช่วยเหลือ กำลังขึ้นสู่ผิวน้ำ หรือกำลังลงสู่ระดับที่ลึกขึ้น ขณะเดียวกันยังมีสัญญาณเตือนเมื่อเซนเซอร์ได้รับความเสียหายรุนแรง

การทดลองเซนเซอร์ผิวหนังกับถุงมือดำน้ำ

ต้นแบบที่สองคือ “มือหุ่นยนต์สำหรับทำงานใต้น้ำ” ซึ่งสามารถรับรู้การสัมผัสและหยิบจับวัตถุได้ พร้อมตรวจสอบสภาพของเซนเซอร์แบบเรียลไทม์ ในการทดลอง หุ่นยนต์สามารถจับและเคลื่อนย้ายวัตถุใต้น้ำ แม้เซนเซอร์จะได้รับความเสียหายจากวัตถุมีคม เช่น เปลือกหอย โดยระบบสามารถตรวจจับความเสียหายและฟื้นฟูการทำงานของตัวเองได้

เพิ่มความทนทานให้หุ่นยนต์ทำงานใต้น้ำ

ความสำคัญของเทคโนโลยีนี้ไม่ได้จำกัดอยู่ที่หุ่นยนต์ทดลอง แต่เกี่ยวข้องกับงานที่มนุษย์เข้าถึงได้ยาก เช่น การสำรวจโครงสร้างใต้น้ำ การตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐานทางทะเล การเก็บตัวอย่าง หรือการทำงานร่วมกับหุ่นยนต์ในพื้นที่ที่มีสิ่งกีดขวางและวัตถุมีคม

ปัจจุบัน หากเซนเซอร์ของหุ่นยนต์ใต้น้ำเกิดความเสียหาย การซ่อมมักหมายถึงการนำอุปกรณ์กลับขึ้นมาจากน้ำ ซึ่งเพิ่มทั้งเวลาและความยุ่งยาก หากเซนเซอร์สามารถตรวจพบความเสียหายและฟื้นฟูตัวเองได้ หุ่นยนต์อาจทำงานต่อเนื่องได้นานขึ้น ลดการหยุดภารกิจ และลดความจำเป็นในการนำอุปกรณ์ขึ้นมาซ่อมทุกครั้งที่เกิดความเสียหายเล็กน้อย

ในระยะยาว แนวคิด “รู้สึก-รู้ว่าเสียหาย-ซ่อมตัวเอง” ยังอาจต่อยอดไปสู่หุ่นยนต์แบบนิ่ม อุปกรณ์สวมใส่ และอวัยวะเทียมที่ต้องสัมผัสกับมนุษย์โดยตรง ซึ่งเป็นทิศทางหนึ่งของการพัฒนาเครื่องจักรที่ไม่ได้เพียงทำตามคำสั่ง แต่สามารถรับรู้สภาพแวดล้อมและดูแลความสมบูรณ์ของตัวเองได้มากขึ้น

ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์จากทีมวิจัยสิงคโปร์สะท้อนแนวทางใหม่ของการออกแบบหุ่นยนต์ที่เลียนแบบความสามารถของสิ่งมีชีวิต โดยรวมการรับสัมผัส การตรวจจับความเสียหาย และการซ่อมแซมไว้ในระบบเดียว ที่สำคัญคือยังทำงานใต้น้ำและไม่ต้องพึ่งพาพลังงานจากภายนอกสำหรับการตรวจจับหลัก เทคโนโลยีนี้จึงมีศักยภาพช่วยให้หุ่นยนต์และอุปกรณ์สวมใส่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่ท้าทายได้ทนทานขึ้น และอาจเป็นอีกก้าวสู่เครื่องจักรที่ “รับรู้ความเสียหายและฟื้นตัวได้” ซึ่งมีความคล้ายคลึงกับสิ่งมีชีวิตมากขึ้นในอนาคต

เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: nus, techxplore, eurekalert
ที่มาภาพ: nus

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

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech