อิเล็กทรอนิกส์ “สมอง” ช่วยให้หุ่นยนต์ขนาดเล็กเดินได้

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ ได้ติดตั้งอิเล็กทรอนิกส์ “สมอง” ในหุ่นยนต์พลังงานแสงอาทิตย์ที่มีขนาด 100 ถึง 250 ไมโครเมตร ทำให้สามารถเดินได้ด้วยตนเองโดยไม่ต้องควบคุมจากภายนอก

ผลงานวิจัยใหม่เรื่อง “หุ่นยนต์ขนาดเล็กพร้อมการควบคุมดิจิทัลบนเครื่อง” ได้รับการตีพิมพ์ใน Science Robotics

กลุ่มนักวิจัยได้พัฒนาหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่สามารถคลาน น้ำ วางตัว และทำสิ่งอื่นๆ ได้แล้ว แต่เคยต้องใช้สายเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวและจ่ายกระแสไฟฟ้า หรือใช้เลเซอร์照射ที่ตำแหน่งเฉพาะของหุ่นยนต์

Itai Cohen เป็นศาสตราจารย์ภาควิชาฟิสิกส์

“ก่อนหน้านี้ เราต้องจัดการ ‘เส้นดึง’ เหล่านี้เพื่อให้ได้รับคำตอบจากหุ่นยนต์” ศาสตราจารย์โคเฮนกล่าว “แต่ตอนนี้เรามี ‘สมอง’ เหล่านี้บนเครื่องแล้ว มันเหมือนกับการถอด ‘เส้นดึง’ ออกจากหุ่นกระบอก มันเหมือนกับตอนที่พินอคคิโอได้รับความรู้สึก

การพัฒนใหม่นี้อาจช่วยให้เกิดรุ่นใหม่ของอุปกรณ์ขนาดเล็กที่สามารถทำสิ่งต่างๆ เช่น ติดตามแบคทีเรีย ระบุสารเคมี ต่อสู้กับมลพิษ และอื่นๆ

ทีมนักวิจัยประกอบด้วยนักวิจัยจากห้องปฏิบัติการของโคเฮน Alyosha Maoinar รองศาสตราจารย์ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ และ Paul McEuen ศาสตราจารย์ภาควิชาวิทยาศาสตร์ 物理 ชื่อผู้เขียนนำของเอกสารคือ Michael Reynolds นักวิจัยหลังปริญญาเอก

อิเล็กทรอนิกส์ “สมอง” คืออะไร

อิเล็กทรอนิกส์ “สมอง” ที่ทีมพูดถึงคือวงจร时計 CMOS ที่ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ 1,000 ตัว และแถวของไดโอด ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุ โดยใช้วงจร CMOS ที่รวมกัน สามารถสร้างสัญญาณที่จะสร้างชุดของความถี่สี่เหลี่ยมที่เลื่อนเฟสซึ่งกำหนดการเดินของหุ่นยนต์ ขาของหุ่นยนต์เป็นแอคชูเอเตอร์แบบแพลทินัม และทั้งวงจรและขาได้รับพลังงานจากพลังงานแสงอาทิตย์

“ในที่สุด ความสามารถในการสื่อสารคำสั่งจะช่วยให้เราสามารถสั่งหุ่นยนต์ได้ และ ‘สมอง’ ภายในจะคิดวิธีการดำเนินการ” โคเฮนกล่าว “แล้วเรากำลังคุยกับหุ่นยนต์ หุ่นยนต์อาจบอกเราสิ่งหนึ่งเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมของมัน และเราอาจตอบว่า ‘ได้สิ ไปที่นั่นและพยายามค้นหาสิ่งที่เกิดขึ้น’ “

หุ่นยนต์ขนาดใหญ่ที่มีอิเล็กทรอนิกส์ CMOS บนเครื่องมีขนาดใหญ่กว่าหุ่นยนต์ใหม่ที่พัฒนาขึ้นประมาณ 10,000 เท่า ซึ่งสามารถเดินได้ด้วยความเร็วมากกว่า 10 ไมโครเมตรต่อวินาที

กระบวนการผลิตที่เป็นนวัตกรรมที่ทีมพัฒนาขึ้นได้สร้างแพลตฟอร์มที่ช่วยให้นักวิจัยอื่นๆ ติดตั้งหุ่นยนต์ขนาดเล็กพร้อมกับแอปพลิเคชันของตนเอง ซึ่งอาจรวมถึงตัวตรวจจับเคมีหรือ “ตาสolare” ที่ช่วยให้หุ่นยนต์เดินได้ด้วยการรับรู้การเปลี่ยนแปลงของแสง

“สิ่งนี้ทำให้เราสามารถจินตนาการถึงหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่ซับซ้อนและใช้งานได้จริงซึ่งมีระดับการเขียนโปรแกรมสูง โดยรวมกับแอคชูเอเตอร์ และเซ็นเซอร์” Reynolds กล่าว “เรารู้สึกตื่นเต้นเกี่ยวกับการใช้งานในด้านการแพทย์ — สิ่งที่สามารถเคลื่อนที่ในเนื้อเยื่อและระบุเซลล์ที่ดีและฆ่าเซลล์ที่ไม่ดี — และในด้านการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อม ชีวิตที่มีหุ่นยนต์ที่รู้วิธีการย่อยสลายมลพิษหรือตรวจจับสารเคมีอันตรายและกำจัดมัน”