หุ่นยนต์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากแมลงจะตรวจสอบสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์กได้ออกแบบหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่ได้รับแรงบันดาลใจจากแมลง ซึ่งสามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและคับแคบที่มนุษย์เข้าถึงได้ยาก 

งานวิจัยใหม่ที่ชื่อว่า "Molecularly Directed, Geometrically-Latched, Impulsive Actuation Powers Sub-Gram Scale Motility" ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร เทคโนโลยีวัสดุขั้นสูง. 

การถ่ายภาพและการประเมินสิ่งแวดล้อม

Junfeng Gao เป็นนักศึกษาปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมอุตสาหการที่ Swanson School of Engineering เขาเป็นผู้นำในการทำงานเกี่ยวกับหุ่นยนต์ที่พัฒนาขึ้นใหม่ 

“หุ่นยนต์เหล่านี้สามารถใช้เพื่อเข้าถึงพื้นที่จำกัดเพื่อถ่ายภาพหรือประเมินสิ่งแวดล้อม เก็บตัวอย่างน้ำ หรือทำการประเมินโครงสร้าง” Gao กล่าว “ทุกที่ที่คุณต้องการเข้าถึงสถานที่จำกัด—ที่ซึ่งแมลงสามารถเข้าไปได้ แต่คนไม่สามารถเข้าถึงได้—เครื่องเหล่านี้อาจมีประโยชน์”

นี่เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของนักวิจัยที่มองหาธรรมชาติเพื่อเป็นแรงบันดาลใจในการสร้างไมโครบอทในปัจจุบัน สิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก เช่น กุ้งตั๊กแตนตำข้าวและหมัดสามารถเคลื่อนที่ผ่านพื้นผิวในลักษณะที่ประหยัดพลังงานมากกว่าการคลานโดยอาศัยการเคลื่อนไหวแบบหุนหันพลันแล่น การเคลื่อนไหวเหล่านี้ถูกทำซ้ำในหุ่นยนต์ตัวใหม่ที่ทำจากกล้ามเนื้อเทียมโพลีเมอร์

Ravi Shankar เป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมอุตสาหการที่ Pitt เขาควบคุมห้องแล็บที่นำการวิจัยใหม่

“มันคล้ายกับการบรรจุลูกธนูเข้าไปในคันธนูแล้วยิงออกไป หุ่นยนต์จะยึดเพื่อสร้างพลังงาน แล้วปล่อยมันออกมาอย่างหุนหันพลันแล่นเพื่อพุ่งไปข้างหน้า” แชงการ์กล่าว “โดยปกติแล้ว การสั่งงานในกล้ามเนื้อเทียมที่เราทำงานด้วยนั้นค่อนข้างช้า เราสนใจคำถามว่า 'เราจะนำกล้ามเนื้อเทียมนี้ไปใช้สร้างแรงกระโดดแทนที่จะกระตุ้นช้าๆ ได้อย่างไร'” 

เปลี่ยนเป็นลำดับโมเลกุลและเรขาคณิต

เพื่อตอบคำถามนี้ ทีมงานได้ศึกษาลำดับโมเลกุลและรูปทรงเรขาคณิต 

Mohsen Tabrizi เป็นนักศึกษาปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมอุตสาหการที่ Swanson School และเป็นผู้ร่วมเขียนงานวิจัย 

“รูปทรงประกอบโค้งของกล้ามเนื้อโพลิเมอร์ช่วยให้สามารถสร้างพลังงานได้เมื่อมีพลังงาน วิธีที่โมเลกุลเรียงตัวกันในกล้ามเนื้อนั้นได้รับแรงบันดาลใจจากโลกธรรมชาติ ซึ่งการทำงานร่วมกันของพวกมันจะสร้างพลังงานให้กับโครงสร้าง” Tabrizi กล่าว “ทำได้โดยใช้ไฟฟ้าไม่เกินสองสามโวลต์”

ด้วยการออกแบบหุ่นยนต์ขนาดคริกเก็ตให้มีความอเนกประสงค์และน้ำหนักเบา พวกมันสามารถเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวที่เคลื่อนที่ได้ เช่น ทราย พวกเขาสามารถเคลื่อนไหวเหล่านี้ได้อย่างง่ายดายเช่นเดียวกับที่ทำบนพื้นผิวแข็ง ที่น่าประทับใจที่สุดคือหุ่นยนต์สามารถกระโดดข้ามน้ำได้ 

งานวิจัยนี้ยังรวมถึงผู้ร่วมเขียน Arul Clement