ซิปตัว Y พิมพ์ 3 มิติ! ยกระดับ "แขนกลหุ่นยนต์" ให้พลิ้วไหว ยืดหยุ่นเหมือนหมึก

นักวิจัยชุบชีวิตแนวคิด “ซิป 3 ด้าน รูปตัว Y” ด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ เนรมิตโครงสร้างแขนกลหุ่นยนต์ให้เคลื่อนไหวได้ยืดหยุ่นมากขึ้น คล้ายการบิดตัวของหนวดปลาหมึก พร้อมต่อยอดสู่อุปกรณ์สำหรับการสำรวจอวกาศ

ลองจินตนาการถึงหุ่นยนต์ที่สามารถเลื้อยผ่านซากปรักหักพังอย่างพลิ้วไหวเหมือนสิ่งมีชีวิต แต่ในวินาทีถัดมากลับสามารถยืดตัวตรงเพื่อยกวัตถุหนักได้อย่างมั่นคง ซึ่งกำลังจะเกิดขึ้นจริงด้วยการผสมผสานกับเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ที่นำแนวคิดที่เคยอยู่บนแผ่นกระดาษเมื่อ 40 ปีก่อนให้ใกล้เคียงความจริงมากขึ้น

นักวิจัยได้พัฒนาโครงสร้าง "ซิปรูปตัว Y" (Y-Zipper) นวัตกรรมตัวยึดรูปแบบใหม่ที่เข้ามาทลายขีดจำกัดของระบบกลไกเดิม ๆ ซึ่งไม่เพียงแต่จะเปลี่ยนวิธีที่หุ่นยนต์เคลื่อนไหว แต่ยังเปิดประตูสู่ความเป็นไปได้ใหม่ ๆ ในการเปลี่ยนสิ่งของรอบตัวให้กลายเป็นเครื่องมืออัจฉริยะที่ปรับรูปทรงตามการใช้งานได้ทันที

ตัวอย่าง ซิป 3 ด้าน รูปตัว Y และการใช้งานรูปแบบต่าง ๆ

กลไกการสลับสถานะของซิปตัว Y

โดยทั่วไปแล้ว ซิปที่เราใช้กันในชีวิตประจำวันจะมีฟันซิปสองด้านที่ขบเข้าด้วยกันเพื่อปิดรอยต่อของผืนผ้า แต่เทคโนโลยีใหม่นี้คือ "ซิปแบบ 3 ด้าน" ที่เมื่อมองจากมุมตัดจะมีลักษณะคล้ายตัวอักษร Y กลไกนี้ทำงานโดยการนำเส้นพลาสติกหรือวัสดุพิมพ์ 3 มิติที่มีความยืดหยุ่นสูงจำนวน 3 เส้นมารูดประกบเข้าด้วยกัน

ความมหัศจรรย์ของซิปตัว Y อยู่ที่การสลับสถานะทางกลศาสตร์ ในยามที่แยกออกจากกัน เส้นสายเหล่านี้จะมีความอ่อนตัว ม้วนงอ และยืดหยุ่นได้อย่างอิสระคล้ายกับหนวดหมึก ทำให้สามารถแทรกซึมหรือปรับเปลี่ยนรูปทรงไปตามสภาพแวดล้อมที่คดเคี้ยวได้อย่างง่ายดาย ทว่าเมื่อรูดหัวซิปให้ฟันกลไกทั้ง 3 ด้านประสานกันพอดี เส้นสายที่เคยอ่อนนุ่มจะล็อกตัวเองกลายเป็นแท่งโครงสร้างสามเหลี่ยมที่มีความแข็งเกร็ง (Rigid) รองรับแรงกดและน้ำหนักได้โดยไม่บิดงอ

งานวิจัยที่นำ “ซิปสามด้าน” กลับมามีชีวิตอีกครั้ง

งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (Massachusetts Institute of Technology หรือ MIT) ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้เผยแนวคิดซิปรูปตัว Y นี้ว่าถูกคิดค้นขึ้นตั้งแต่ทศวรรษ 1980 โดยนักประดิษฐ์รายหนึ่ง แต่ในยุคอดีตไม่มีเทคโนโลยีใดที่สามารถผลิตฟันซิปที่มีความซับซ้อนในระดับ 3 มิติได้ ทำให้ไอเดียนี้ถูกลืมไปนานกว่า 40 ปี

จนกระทั่งทีมวิจัยได้นำเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติขั้นสูงมาใช้คำนวณและขึ้นรูปฟันซิปที่มีรูปทรงเฉพาะตัว ทั้งในลักษณะทรงโค้ง (Arches) และแบบม้วนขด (Coils) ทำให้สามารถผลิตกลไกนี้ออกมาได้จริงในขนาดที่แม่นยำ ช่วยลดความซับซ้อนในการประกอบชิ้นส่วน และทำให้โครงสร้างนี้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพแบบที่ไม่เคยทำมาก่อนในอดีต

การสลับสถานะของซิปตัว Y ในการขึ้นโครงสร้าง

พลิกโฉม "แขนกลหุ่นยนต์" ได้ซับซ้อนขึ้น

ปัจจุบันวงการหุ่นยนต์กำลังให้ความสนใจกับ “หุ่นยนต์นิ่ม” (Soft Robotics) ซึ่งออกแบบให้เคลื่อนไหวคล้ายสิ่งมีชีวิต เช่น หมึก ไส้เดือน หรือแมงกะพรุน เพราะสามารถทำงานในพื้นที่แคบได้มากกว่าหุ่นยนต์แข็งแบบเดิม โครงสร้างซิป 3 ด้านจึงเป็นทางเลือกใหม่ที่ช่วยให้แขนกลสามารถบิดตัวได้หลายทิศทางโดยไม่ต้องใช้ข้อต่อแข็งจำนวนมาก ลดความซับซ้อนของระบบกลไก และช่วยให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ได้ลื่นไหลขึ้น

การปฏิบัติภารกิจสำรวจอวกาศ

นอกเหนือจากการใช้งานบนโลกแล้ว ซิป 3 มิติรูปตัว Y อาจกลายเป็นตัวแปรสำคัญในอุตสาหกรรมอวกาศ เพราะการขนส่งอุปกรณ์ขึ้นสู่อวกาศมีข้อจำกัดเรื่องพื้นที่และน้ำหนักที่เข้มงวดมาก โครงสร้างซิปตัว Y จะถูกนำไปใช้สร้างเสาอากาศ แขนกล หรือโครงสร้างที่สามารถพับเก็บระหว่างการปล่อยจรวด และคลี่ตัวออกเมื่อถึงวงโคจร อีกทั้งยังช่วยลดจำนวนชิ้นส่วนกลไกแข็ง ซึ่งช่วยลดน้ำหนักรวมของอุปกรณ์ได้ ซึ่งหมายถึงต้นทุนการส่งอุปกรณ์ขึ้นสู่อวกาศอาจลดลงในอนาคต

เทคโนโลยี “ซิป 3 ด้าน รูปตัว Y” จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ แสดงให้เห็นถึงการออกแบบเชิงวิศวกรรมสามารถเปลี่ยนรูปแบบของหุ่นยนต์และอุปกรณ์อัจฉริยะได้อย่างไร ความยืดหยุ่นในการบิดงอและเปลี่ยนรูปทรงอาจช่วยให้เครื่องจักรทำงานใกล้เคียงสิ่งมีชีวิตมากขึ้น แม้ว่าเทคโนโลยีที่เคยเป็นเพียงแนวคิดในอดีต แต่ก็อาจเป็นโครงสร้างสำคัญแห่งอนาคตที่มนุษย์นำมาใช้งานได้จริงในอนาคต

เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: mit, bgr, techeblog, designboom
ที่มาภาพ: mit

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

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech