โรบอท “ไร้สมอง” นำทางสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนในความก้าวหน้าของหุ่นยนต์

ในสาขาหุ่นยนต์ที่กำลังพัฒนา นักวิจัยได้นำเสนอความก้าวหน้าใหม่ๆ โดยมีหุ่นยนต์แบบนุ่มที่ไม่ต้องการการควบคุมจากมนุษย์หรือคอมพิวเตอร์เพื่อนำทางในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนได้ การประดิษฐ์ใหม่นี้สร้างขึ้นจากงานก่อนหน้านี้ที่หุ่นยนต์แบบนุ่มแสดงความสามารถในการนำทางพื้นฐานในสภาพแวดล้อมที่ง่ายกว่า

การนำทางด้วยความฉลาดทางกายภาพ

Jie Yin ผู้เขียนร่วมและรองศาสตราจารย์สาขาวิศวกรรมเครื่องกลและอวกาศจากมหาวิทยาลัย North Carolina State ให้ความเห็นเกี่ยวกับการพัฒนานี้ว่า

“ในงานก่อนหน้านี้ เราได้แสดงให้เห็นว่าหุ่นยนต์แบบนุ่มของเราสามารถหมุนและเลี้ยวผ่านเส้นทางที่มีอุปสรรคได้ แต่ไม่สามารถเลี้ยวได้หากไม่มีอุปสรรค ซึ่งหมายความว่าหุ่นยนต์อาจถูกกักขังและเด้งไปมาระหว่างอุปสรรคที่ขนานกัน”

เขาบอกต่อว่า “เราได้พัฒนาหุ่นยนต์แบบนุ่มใหม่ที่สามารถเลี้ยวได้ด้วยตัวเอง ทำให้สามารถผ่านเส้นทางที่มีเลี้ยวและข้ามอุปสรรคที่เคลื่อนไหวได้ ทั้งหมดนี้เป็นผลมาจากความฉลาดทางกายภาพ ไม่ใช่การควบคุมจากคอมพิวเตอร์”

คำว่า “ความฉลาดทางกายภาพ” หมายถึงพฤติกรรมที่เป็นธรรมชาติของวัตถุที่มีการเคลื่อนไหว เช่น หุ่นยนต์แบบนุ่ม ซึ่งถูกกำหนดโดยการออกแบบและวัสดุ ไม่ใช่การแทรกแซงจากมนุษย์หรือคอมพิวเตอร์

หุ่นยนต์แบบนุ่มรุ่นใหม่นี้ใช้วัสดุแบบคริสตัลเหลวที่คล้ายริบบิ้น เมื่อวางบนพื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศโดยรอบ โดยเฉพาะเมื่อเกิน 55 องศาเซลเซียส (131 องศาฟาเรนไฮต์) ริบบิ้นที่สัมผัสพื้นที่จะหดตัว ในขณะที่ส่วนที่ไม่สัมผัสจะยังคงเหมือนเดิม ความแตกต่างนี้ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวแบบกลิ้ง ซึ่งเร็วขึ้นเมื่ออุณหภูมิของพื้นที่สูงขึ้น

นวัตกรรมผ่านการไม่สมมาตร

ลักษณะเด่นของหุ่นยนต์นี้อยู่ที่การออกแบบที่ไม่สมมาตร ไม่เหมือนกับรุ่นก่อนหน้าที่มีความสมมาตร หุ่นยนต์รุ่นใหม่นี้ประกอบด้วยสองส่วน ที่หนึ่งเป็นริบบิ้นที่ยืดตรง ในขณะที่อีกส่วนเป็นริบบิ้นที่ม้วนแน่นเหมือนบันได

การออกแบบที่ไม่สมมาตรนี้ทำให้หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนไหวได้ไม่เชื่อง โดยส่วนหนึ่งของหุ่นยนต์สามารถสร้างแรงมากกว่าส่วนอื่น ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวที่ไม่เป็นเส้นตรง Yao Zhao ผู้เขียนหลักและนักวิจัยหลังปริญญาเอกจาก NC State อธิบายหลักการนี้ว่า “ลองนึกถึงแก้วพลาสติกที่มีปากกว้างกว่าฐาน เมื่อคุณกลิ้งมัน มันจะไม่เคลื่อนไปตามเส้นทางตรง แต่จะเคลื่อนเป็นรูปโค้งบนพื้นผิว นั่นคือผลจากการออกแบบที่ไม่สมมาตร”

赵 อธิบายต่อว่า “แนวคิดเบื้องหลังหุ่นยนต์ใหม่นี้ค่อนข้างง่าย เนื่องจากการออกแบบที่ไม่สมมาตร หุ่นยนต์จึงสามารถเลี้ยวได้ด้วยตัวเองโดยไม่ต้องสัมผัสกับวัตถุ ดังนั้น แม้ว่ามันจะสามารถเปลี่ยนทิศทางเมื่อพบวัตถุ – ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ช่วยให้มันผ่านเส้นทางที่ซับซ้อนได้ – มันก็ไม่สามารถถูกกักขังระหว่างอุปสรรคที่ขนานกันได้ การเคลื่อนไหวแบบโค้งของมันช่วยให้มันสามารถหลบออกมาได้อย่างมีประสิทธิภาพ”

การทดสอบหุ่นยนต์นี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการเคลื่อนผ่านเส้นทางที่ซับซ้อน รวมทั้งเส้นทางที่มีฝั่งที่เปลี่ยนแปลงได้ นอกจากนี้ยังสามารถผ่านช่องว่างที่มีขนาดเล็กกว่าตัวมันเองได้ การทดสอบเหล่านี้ได้ดำเนินการบนพื้นผิวที่หลากหลาย เช่น พื้นผิวโลหะและทราย

งานนี้นำเสนอมุมมองใหม่ๆ ในการออกแบบหุ่นยนต์แบบนุ่ม ดังที่ Yin ระบุว่า “งานนี้เป็นอีกขั้นตอนหนึ่งในการช่วยให้เราได้พัฒนาวิธีการใหม่ๆ ในการออกแบบหุ่นยนต์แบบนุ่ม – โดยเฉพาะสำหรับการใช้งานที่หุ่นยนต์แบบนุ่มสามารถใช้พลังงานความร้อนจากสิ่งแวดล้อมได้”

เมื่อโลกของหุ่นยนต์เติบโตขึ้น โอกาสของหุ่นยนต์ “ไร้สมอง” เหล่านี้ในการใช้งานจริงดูไม่มีขอบเขต