นักวิจัยพัฒนาไมโครโรบ็อตที่คล่องแคล่วว่องไว

นักวิจัยจาก Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) และ Harvard Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ได้พัฒนาไมโครบอทที่คล่องแคล่วอย่างมาก HAMR-JR เป็นรุ่นครึ่งสเกลของ Harvard Ambulatory Microrobot (HAMR) ที่ได้แรงบันดาลใจจากแมลงสาบที่สร้างไว้ก่อนหน้านี้ 

HAMR-JR มีขนาดเท่าเพนนี แต่สามารถทำงานทั้งหมดของ HAMR ที่ใหญ่กว่าได้ มันเป็นหนึ่งในไมโครบอทที่คล่องแคล่วที่สุดที่จะถูกสร้างขึ้น 

งานวิจัยเรื่อง “ลดขนาดไมโครโรบ็อตขนาดแมลง HAMR-VI เป็น HAMR-Jr” ถูกนำเสนอแบบเสมือนจริงในการประชุมนานาชาติด้านวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ (ICRA 2020)

Kaushik Jayaram เป็นอดีตเพื่อนดุษฎีบัณฑิตที่ SEAS และ Wyss รวมถึงผู้เขียนบทความคนแรก Jayaram ยังเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์

“หุ่นยนต์ส่วนใหญ่ในระดับนี้ค่อนข้างเรียบง่ายและแสดงเฉพาะความคล่องตัวขั้นพื้นฐานเท่านั้น” Jayaram กล่าว “เราแสดงให้เห็นแล้วว่าคุณไม่จำเป็นต้องประนีประนอมกับความชำนาญหรือการควบคุมขนาด"

ภารกิจหนึ่งในโครงการคือการหาว่ากระบวนการผลิตแบบป๊อปอัปซึ่งใช้สร้าง HAMR และไมโครบอทรุ่นก่อนหน้าอย่าง RoboBee นั้นสามารถใช้สร้างหุ่นยนต์ได้หลายขนาดหรือไม่ อาจมีขนาดเล็กเท่ากับหุ่นยนต์ผ่าตัดหรือใหญ่เท่ากับหุ่นยนต์อุตสาหกรรม 

พีซี-เมมส์

กระบวนการที่ใช้ในการสร้าง HAMR-JR เรียกว่าระบบเครื่องกลไฟฟ้าไมโครวงจรพิมพ์ หรือ PC-MEMS ในขั้นตอนนี้ ส่วนประกอบของหุ่นยนต์จะถูกใส่ลงในโครงสร้าง 3 มิติหลังจากสลักลงในแผ่นงาน 2 มิติ สำหรับ HAMR-JR การออกแบบแผ่น 2 มิติของหุ่นยนต์ แอคทูเอเตอร์ และวงจรออนบอร์ดถูกย่อขนาดลงเพื่อสร้างหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่มีฟังก์ชันการทำงานเหมือนกัน

“ส่วนที่ยอดเยี่ยมของแบบฝึกหัดนี้คือเราไม่ต้องเปลี่ยนแปลงอะไรเกี่ยวกับการออกแบบก่อนหน้านี้” Jayaram กล่าว “เราพิสูจน์แล้วว่ากระบวนการนี้สามารถนำไปใช้กับอุปกรณ์ใดก็ได้ในขนาดที่หลากหลาย”

ลดขนาด HAMR-JR

HAMR-JR มีความยาวลำตัวเพียง 2.25 เซนติเมตร น้ำหนัก 0.3 กรัม นอกจากจะเป็นหนึ่งในไมโครโรบอทที่เล็กที่สุดแล้ว ยังเป็นหนึ่งในหุ่นยนต์ที่เร็วที่สุด โดยสามารถเคลื่อนที่ได้ 14 ความยาวลำตัวต่อวินาที 

หลักการต่างๆ เช่น ความยาวของก้าวและความแข็งของข้อต่อจะได้รับผลกระทบเมื่อลดขนาดหุ่นยนต์ลง เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิจัยยังได้พัฒนาแบบจำลองที่สามารถทำนายเมตริกการเคลื่อนไหว เช่น ความเร็วในการวิ่ง แรงเท้า และน้ำหนักบรรทุก โดยขึ้นอยู่กับขนาดเป้าหมาย ด้วยโมเดลนี้ ระบบสามารถพัฒนาได้ด้วยข้อกำหนดที่เหมาะสม 

Robert Wood เป็นผู้ร่วมเขียนบทความและเป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์ประยุกต์ Charles River ใน SEAS เขายังเป็นสมาชิกหลักของ Wyss 

“หุ่นยนต์ตัวใหม่นี้แสดงให้เห็นว่าเรามีความเข้าใจที่ดีในด้านทฤษฎีและการปฏิบัติของการลดขนาดของหุ่นยนต์ที่ซับซ้อนโดยใช้แนวทางการประกอบแบบพับได้ของเรา” Wood กล่าว

การวิจัยได้รับการสนับสนุนโดย DARPA และ Wyss Institute 

ผู้เขียนร่วมคนอื่นๆ ได้แก่ Jennifer Shum, Samantha Castellanos และ E. Farrell Helbling