สุดล้ำ! เปลี่ยนเปลือกกุ้งเหลือทิ้ง ให้กลายเป็น “มือจับหุ่นยนต์” ยกวัตถุหนักได้ถึงครึ่งกิโลกรัม

นักวิจัยพัฒนา “มือจับหุ่นยนต์” สามารถหยิบ จับ และเคลื่อนย้ายวัตถุได้จริง โดยรับน้ำหนักได้สูงสุดราวครึ่งกิโลกรัม ลดปริมาณขยะอาหาร และวัสดุสังเคราะห์ที่กระทบต่อสิ่งแวดล้อม

ใครจะเชื่อว่า "เปลือกกุ้ง" ที่เหลือทิ้งจากร้านอาหาร จะถูกแปลงโฉมให้กลายเป็นเทคโนโลยีเปลี่ยนโลก ล่าสุดทีมนักวิจัยประสบความสำเร็จในการพัฒนา "มือจับหุ่นยนต์" (Robotic Gripper) จากวัสดุชีวภาพที่มีความแข็งแกร่งอย่างเหลือเชื่อ สามารถหยิบจับและยกวัตถุที่มีน้ำหนักได้ถึง 500 กรัม ทั้งที่ตัวมันเองมีน้ำหนักเบาและมีความยืดหยุ่นสูง 

ไขความลับ "ไคโตซาน" เปลี่ยนเปลือกแข็งเป็นวัสดุอัจฉริยะ 

งานวิจัยชิ้นสำคัญนี้เป็นผลงานของทีมนักวิทยาศาสตร์จาก สถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิสในโลซาน (École Polytechnique Fédérale de Lausanne: EPFL) ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ โดยผลงานการค้นพบนี้ได้รับการตีพิมพ์ลงในวารสารวิชาการด้านวัสดุศาสตร์ชื่อดังอย่าง Advanced Functional Materials

กุญแจสำคัญของนวัตกรรมนี้อยู่ที่สารประกอบตามธรรมชาติที่เรียกว่า "ไคติน" (Chitin) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพที่มีปริมาณมากเป็นอันดับสองของโลก รองจากเซลลูโลส พบได้ทั่วไปในเปลือกกุ้ง ปู และแมลง ทีมวิจัยได้นำเปลือกกุ้งล็อบสเตอร์มาผ่านกระบวนการทางเคมีเพื่อสกัดและแปรรูปเป็นสารอนุพันธ์ที่เรียกว่า "ไคโตซาน" (Chitosan)

ความมหัศจรรย์ของวัสดุชนิดนี้คือ "ความสามารถในการปรับเปลี่ยนสถานะ" เมื่อไคโตซานอยู่ในสภาพแห้ง มันจะมีความแข็งแกร่งและทนทานคล้ายกับเปลือกเดิมของมัน แต่เมื่อได้รับความชื้นหรือดูดซับน้ำเข้าไป มันจะกลายสภาพเป็นวัสดุที่มีความยืดหยุ่นสูง เหนียว และนุ่มนวล ซึ่งเป็นคุณสมบัติในอุดมคติสำหรับการสร้างกล้ามเนื้อเทียมหรือโครงสร้างของหุ่นยนต์

นวัตกรรมการขึ้นรูป: ควบคุมการหดตัวด้วยวิศวกรรม 

ในกระบวนการขึ้นรูปชิ้นส่วนหุ่นยนต์ ทีมวิจัยได้พัฒนาเทคนิคการละลายไคโตซานให้กลายเป็นของเหลวที่มีความหนืดคล้ายหมึก เพื่อนำไปใช้กับเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ (3D Printing) หรือการหล่อขึ้นรูปในแม่พิมพ์ (Casting) ความท้าทายและความชาญฉลาดของการออกแบบอยู่ที่การใช้ประโยชน์จาก "การหดตัว" ตามธรรมชาติของวัสดุ เมื่อสารละลายไคโตซานเริ่มแห้งตัว มันจะหดตัวลงอย่างมาก ซึ่งนักวิจัยสามารถคำนวณและควบคุมทิศทางการหดตัวนี้เพื่อสร้างชิ้นงานที่มีความหนาแน่นและแข็งแรงอย่างไม่น่าเชื่อ โดยไม่ต้องพึ่งพาสารเติมแต่งสังเคราะห์ หรือพลาสติกที่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมเลยแม้แต่น้อย

ไฮไลต์สำคัญของการทดสอบคือสมรรถนะของ "มือจับหุ่นยนต์" (Gripper) ที่สร้างขึ้น แม้จะดูเป็นวัสดุชีวภาพที่มีน้ำหนักเบา แต่กลับมีความแข็งแรงทนทานสูง จากการทดสอบพบว่ามือจับชิ้นนี้ สามารถหยิบจับและยกวัตถุที่มีน้ำหนักได้ถึง 500 กรัม (ครึ่งกิโลกรัม) ได้อย่างมั่นคง ซึ่งเทียบเท่ากับขวดน้ำดื่มขนาดมาตรฐาน ทั้งที่ตัวมือจับเองมีน้ำหนักน้อยกว่านั้นมาก 

ปฏิวัติความยั่งยืน: หุ่นยนต์ย่อยสลายได้และโอกาสทางการแพทย์ 

นอกจากประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมแล้ว ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ (Biocompatibility) ของไคโตซานยังเปิดประตูสู่โอกาสใหม่ๆ ในวงการแพทย์ ในอนาคตเราอาจได้เห็นเครื่องมือแพทย์ขนาดจิ๋วที่ผลิตจากวัสดุนี้ เข้าไปทำหัตถการหรือนำส่งยาภายในร่างกายมนุษย์ แล้วสลายตัวไปเองโดยไม่ทิ้งสารตกค้าง หรือไม่เกิดปฏิกิริยาต่อต้านจากร่างกาย

ความสำเร็จในการเปลี่ยนเปลือกกุ้งล็อบสเตอร์ให้เป็น "มือจับหุ่นยนต์" พลังยกครึ่งกิโลกรัมในครั้งนี้ ไม่ใช่เพียงแค่ความก้าวหน้าทางวิศวกรรมวัสดุศาสตร์เท่านั้น แต่เป็นการพิสูจน์ให้เห็นว่า "ประสิทธิภาพ" กับ "การอนุรักษ์ธรรมชาติ" สามารถเดินหน้าไปด้วยกันได้ การนำวัสดุเหลือทิ้งทางชีวภาพมาสร้างมูลค่าเพิ่ม (Upcycling) เพื่อทดแทนพลาสติกและโลหะ ไม่เพียงแต่ช่วยลดปริมาณขยะมหาศาล แต่ยังเป็นการปูทางสู่อนาคตที่เทคโนโลยีจะเป็นส่วนหนึ่งของระบบนิเวศอย่างกลมกลืน

เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: epfl, newatlas, techeblog, heise
ที่มาภาพ: epfl 

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

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech