ดร. David Zarrouk ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการ Bioinspired และ Medical Robotics – บทสัมภาษณ์

David เป็นอาจารย์อาวุโส (ผู้ช่วยศาสตราจารย์) ที่แผนก ME ของ Ben Gurion University of the Negev และเป็นผู้อำนวยการของ Bioinspired และห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์ทางการแพทย์. ความสนใจของเขาคือความสนใจในด้าน biomimetics, millisystems, หุ่นยนต์จิ๋ว, ปฏิสัมพันธ์ที่ยืดหยุ่นและลื่นไหล, หุ่นยนต์อวกาศ, กลไกที่กระตุ้นน้อยและกระตุ้นน้อยที่สุด และจลนศาสตร์เชิงทฤษฎี

อะไรทำให้คุณสนใจด้านวิทยาการหุ่นยนต์ในตอนแรก?

ตั้งแต่เด็กฉันหลงใหลในเครื่องจักรมาโดยตลอด ฉันพยายามสร้างมันอยู่เสมอ และในที่สุดหลังจากเรียนจบปริญญาตรีสาขาวิศวกรรมเครื่องกล ฉันรู้สึกตื่นเต้นที่ได้มุ่งเน้นไปที่การพัฒนาหุ่นยนต์ที่ Ben-Gurion University of the Negev ที่สามารถคลานเข้าไปในร่างกายได้

 

คุณมีปริญญาเอก ในด้านหุ่นยนต์ทางการแพทย์ แอปพลิเคชั่นหุ่นยนต์ทางการแพทย์ประเภทใดที่คุณรู้สึกตื่นเต้นมากที่สุด?

แอปพลิเคชันที่เกี่ยวข้องกับความแม่นยำที่สามารถตั้งโปรแกรมได้คือตัวเลือกที่เป็นไปได้สำหรับโซลูชันหุ่นยนต์ หุ่นยนต์สองตัวที่ฉันทำงานในอดีตเกี่ยวข้องกับหุ่นยนต์ที่คลานเข้าไปในร่างกายและทำการผ่าตัดสมองโดยใช้เข็ม

 

หุ่นยนต์ตัวหนึ่งที่คุณสร้างขึ้นเรียกว่า The Flying Star ซึ่งเป็นหุ่นยนต์คลานและบินแบบลูกผสม อะไรคือแรงบันดาลใจเบื้องหลังหุ่นยนต์ตัวนี้?

กลไกที่แผ่กิ่งก้านสาขาของหุ่นยนต์ STAR ได้รับแรงบันดาลใจจากแมลง แต่มีล้อซึ่งรวมข้อดีของสิ่งมีชีวิตที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพและยานพาหนะที่มีล้อ

อะไรคือความท้าทายเบื้องหลังการสร้าง The Flying Star?

Flying STAR ไม่ใช่ Quadcopter ทั่วไป เนื่องจากมันเปลี่ยนทิศทางของปีกซึ่งส่งผลต่อไดนามิกการควบคุมทั่วไป ตัวแปรการออกแบบที่แตกต่างกันเป็นสิ่งที่ท้าทายในตอนเริ่มต้น และการเปลี่ยนผ่านระหว่างการบินเป็นโหมดการขับขี่จำเป็นต้องมีชิ้นส่วนเฉพาะที่เราต้องพัฒนาด้วยตัวเอง

 

ฉันรู้สึกประทับใจกับความอเนกประสงค์ของ The Flying Star มันสามารถหลบหลีกสิ่งกีดขวาง คลานเข้าไปใต้สิ่งกีดขวาง บินอยู่เหนือสิ่งกีดขวาง ฯลฯ คุณช่วยพูดคุยเกี่ยวกับวิธีที่ The Flying Star ตัดสินใจว่าจะใช้การขนส่งแบบใด มันเลือกได้อย่างไรว่าจะคลานเข้าไปใต้วัตถุหรือบินข้ามไปด้านบน?

STAR ที่บินได้ได้รับการออกแบบมาในตอนแรกเพื่อวัตถุประสงค์ในการค้นหาและกู้ภัยและสำหรับการจัดส่งพัสดุภัณฑ์ในระยะทางสุดท้าย เรากำลังพัฒนาอัลกอริทึมเพื่อกำหนดว่าเมื่อใดควรบินหรือขับรถโดยพิจารณาจากระยะทางและความต้องการด้านพลังงาน แต่ยังรวมถึงรูปร่างของสิ่งกีดขวางด้วย อัลกอริธึมการตัดสินใจซึ่งยังอยู่ระหว่างการพัฒนาจะขึ้นอยู่กับการทำแผนที่กล้องของพื้นที่โดยรอบ หากช่องเปิดสูงพอที่จะคลานเข้าไปข้างใต้ได้ FSTAR ก็จะขับผ่านไปอย่างง่ายดาย มิฉะนั้นมันจะบิน อาจยังคงต้องการผู้ปฏิบัติงานในพื้นที่จำกัดที่ท้าทาย (เช่น เศษหินหรืออิฐ)

 

ความประทับใจแรกของฉันเมื่อได้เห็นวิดีโอสำหรับหุ่นยนต์ติดตามต่อเนื่องแบบต่อเนื่องที่กำหนดค่าใหม่ได้แบบกระตุ้นขั้นต่ำ คือการมีกล้องที่หางเสือ มันจะสมบูรณ์แบบสำหรับการค้นหาและกู้ภัย กรณีการใช้งานใดบ้างที่คุณมองเห็นสำหรับหุ่นยนต์ดังกล่าว

หุ่นยนต์ติดตามต่อเนื่องที่กำหนดค่าใหม่ได้ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการค้นหาและกู้ภัยเป็นหลักในภูมิประเทศที่ยากลำบาก เช่น เศษหินหรืออิฐ แต่ยังสามารถใช้กับงานอื่นๆ เช่น งานขุด งานเกษตรกรรม และการคลานภายในท่อเพื่องานซ่อมบำรุงทางอุตสาหกรรม

หนึ่งในโครงการก่อนหน้านี้ของคุณคือ SAW ซึ่งเป็นหุ่นยนต์ติดตามต่อเนื่องแบบปรับค่าได้ที่ทำงานน้อย อะไรคือแรงบันดาลใจเบื้องหลังหุ่นยนต์ตัวนี้?

เดิมทีหุ่นยนต์ SAW (single actuator wave) ได้รับแรงบันดาลใจมาจากสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาขนาดจิ๋วที่ว่ายน้ำโดยหางเป็นคลื่น การสร้างหุ่นยนต์ตัวนี้เป็นเรื่องที่ท้าทายมาก แม้ว่าสมการจะแสดงให้เห็นว่าจำเป็นต้องมีมอเตอร์ตัวเดียวในการพัฒนาการเคลื่อนที่ของคลื่น แต่การตระหนักว่าการเคลื่อนไหวนี้ทางกลไกนั้นไม่ง่ายเลย ฉันพบวิธีแก้ปัญหาเมื่อฉันสอนหลักสูตรการออกแบบเครื่องกลและตระหนักว่าการยื่นออกมาด้านข้างของสปริงเป็นฟังก์ชันไซน์ที่ก้าวหน้าเมื่อสปริงหมุน

ในที่สุดคุณสามารถสร้าง SAW ได้เล็กแค่ไหน? ในอนาคตจะมีหุ่นยนต์ขนาดใกล้เคียงกันที่ใช้เดินทางภายในร่างกายมนุษย์ได้หรือไม่?

วัตถุประสงค์หลักของหุ่นยนต์ SAW คือการคลานเข้าไปในร่างกาย การออกแบบล่าสุดของเรามีความกว้างน้อยกว่า 1.5 ซม. และสามารถคลานเข้าไปในลำไส้ของสุกร (นอกร่างกาย) ขณะนี้เรากำลังหาทุนเพื่อพัฒนาหุ่นยนต์ที่มีขนาดเล็กลงเพื่อคลานภายในระบบย่อยอาหาร เราเชื่อว่าเป็นไปได้มาก

 

ข้อสังเกตประการหนึ่งที่ฉันได้รับจากหุ่นยนต์ของคุณก็คือ หลายๆ ตัวมีพื้นฐานมาจากความเรียบง่าย คุณจงใจพยายามทำให้น้อยที่สุดเมื่อพูดถึงจำนวนส่วนประกอบการทำงานในหุ่นยนต์หรือไม่?

เราปฏิบัติตามตรรกะของความเรียบง่าย คำพูดของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ กล่าวว่า "ทุกสิ่งควรเรียบง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่ไม่ง่ายไปกว่านี้" จำนวนส่วนประกอบที่น้อยลงหมายถึงความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น อายุการทำงานที่ยาวนานขึ้น ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น และทำให้ลดขนาดของหุ่นยนต์ได้ง่ายขึ้นมาก

 

ตอนนี้คุณทำงานเกี่ยวกับอะไร

ในห้องทดลองที่มหาวิทยาลัย Ben-Gurion ของฉัน ขณะนี้เรากำลังทำงานในโครงการหลายโครงการ ซึ่งรวมถึงการสร้างแบบจำลองของหุ่นยนต์ที่สามารถคลานเข้าไปในร่างกายได้ หุ่นยนต์อนุกรมสำหรับการใช้งานด้านการเกษตร และหุ่นยนต์ค้นหาและกู้ภัยขนาดเล็กบางตัว

 

มีอะไรอีกบ้างที่คุณต้องการแบ่งปันกับผู้อ่านของเรา?

ฉันขอแนะนำให้ผู้ปกครองและเด็ก ๆ มีส่วนร่วมในเมคคาทรอนิกส์/หุ่นยนต์ ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน คุณสามารถซื้อส่วนประกอบที่เป็นมิตรต่อผู้ใช้ (เครื่องพิมพ์ 3D, คอนโทรลเลอร์ arduino, มอเตอร์, เซ็นเซอร์ ฯลฯ) ได้ในราคาประหยัด และตั้งโปรแกรมด้วยทรัพยากรที่มีอยู่ภายในบ้าน อาจเป็นกิจกรรมที่สนุกสนานกันได้ทั้งครอบครัว (โดยเฉพาะช่วงนี้ที่เราอยู่บ้านเป็นส่วนใหญ่) ฉันยังสนับสนุนให้เด็กๆ มีส่วนร่วมในวิทยาศาสตร์และการใช้คอมพิวเตอร์เพื่อการศึกษา (ไม่ใช่แค่การเล่นเกม)

ขอบคุณสำหรับการสัมภาษณ์ ฉันสนุกกับการเรียนรู้เกี่ยวกับแนวทางที่ไม่เหมือนใครของคุณในการออกแบบนวัตกรรมหุ่นยนต์อย่างแท้จริง ผู้อ่านที่ต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมควรไปที่ Bioinspired และห้องปฏิบัติการหุ่นยนต์ทางการแพทย์.