วิศวกรสร้างหุ่นยนต์คล้ายปลาหมึกสำหรับการสำรวจใต้น้ำ

วิศวกรแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ได้สร้างหุ่นยนต์คล้ายปลาหมึกสำหรับการสำรวจใต้น้ำ หุ่นยนต์เป็นอิสระและสามารถขับเคลื่อนตัวเองได้โดยใช้ไอพ่นน้ำ นอกจากนี้ยังเอาชนะความท้าทายด้านไฟฟ้า เช่น ความสามารถในการพกพาเซ็นเซอร์ โดยเฉพาะกล้องถ่ายรูป

Michael T. Tolley เป็นหนึ่งในผู้เขียนอาวุโสของงานวิจัยและเป็นศาสตราจารย์ในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบินและอวกาศที่ UC San Diego 

“โดยพื้นฐานแล้ว เราสร้างคุณสมบัติหลักทั้งหมดที่ปลาหมึกใช้สำหรับการว่ายน้ำความเร็วสูงขึ้นมาใหม่” Tolley กล่าว “นี่เป็นหุ่นยนต์ไร้พันธะตัวแรกที่สามารถสร้างเจ็ตพัลส์สำหรับการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วเหมือนปลาหมึก และสามารถบรรลุเจ็ตพัลส์เหล่านี้ได้โดยการเปลี่ยนรูปร่างของมัน ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการว่ายน้ำ”

พื้นที่ การวิจัย ถูกตีพิมพ์ลงใน แรงบันดาลใจทางชีวภาพและการเลียนแบบทางชีวภาพ

หุ่นยนต์ปลาหมึก

หุ่นยนต์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากปลาหมึกประกอบด้วยวัสดุที่อ่อนนุ่ม เช่น อะคริลิกโพลิเมอร์ รวมถึงชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติและเลเซอร์คัทที่มีความแข็งมากกว่า ซอฟต์โรบ็อตจะปลอดภัยกว่าสำหรับปลาและปะการังเมื่อพูดถึงการสำรวจใต้น้ำ เนื่องจากโรบ็อตที่แข็งอาจสร้างความเสียหายได้ อย่างไรก็ตามมีข้อเสีย ซอฟต์โรบ็อตมักจะช้ากว่าและมีประสิทธิภาพน้อยกว่าในการหลบหลีก 

ทีมวิจัยประกอบด้วยนักหุ่นยนต์และผู้เชี่ยวชาญด้านการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ กลุ่มมองไปที่ปลาหมึกเนื่องจากความสามารถในการเดินทางด้วยความเร็วที่รวดเร็ว ปลาหมึกได้รับความเร็วนี้ผ่านกลไกขับเคลื่อนไอพ่น

ทีมงานออกแบบหุ่นยนต์โดยได้รับแรงบันดาลใจจากปลาหมึกเพื่อให้สามารถนำน้ำเข้าสู่ร่างกายและเก็บพลังงานยืดหยุ่นไว้ในผิวหนังและซี่โครงที่ยืดหยุ่นได้ จากนั้นพลังงานจะถูกปล่อยออกมาโดยหุ่นยนต์ที่บีบตัวของมัน ทำให้เกิดกระแสน้ำที่ขับเคลื่อนหุ่นยนต์

เมื่อมันไม่เคลื่อนที่ หุ่นยนต์จะมีรูปร่างเหมือนโคมกระดาษ และซี่โครงของมันจะยืดหยุ่นและทำหน้าที่เหมือนสปริง ปลายแต่ละด้านของหุ่นยนต์มีแผ่นวงกลมที่ซี่โครงเชื่อมต่อ โดยด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับหัวฉีดที่รับน้ำเข้าและปล่อยน้ำออก ร่างกายของหุ่นยนต์จะต้องหดตัวเพื่อให้น้ำพุ่งออกมา จากนั้นจะใช้แผ่นที่เหลือเพื่อยึดเซ็นเซอร์ เช่น กล้องกันน้ำ 

การทดสอบหุ่นยนต์

หุ่นยนต์ปลาหมึกได้รับการทดสอบในห้องทดลองของศาสตราจารย์ Geno Pawlak ซึ่งตั้งอยู่ในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบินและอวกาศแห่งมหาวิทยาลัยซานดิเอโก หลังจากการทดสอบเหล่านั้น มันก็ถูกส่งออกไปที่ตู้ปลาที่ UC San Diego Birch Aquarium ที่สถาบัน Scripps Institution of Oceanography 

หุ่นยนต์สามารถบังคับทิศทางได้โดยการปรับหัวฉีด และการกันน้ำของชิ้นส่วนไฟฟ้า เช่น แบตเตอรี่และกล้อง ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าประสบความสำเร็จ อุปกรณ์เคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 18 ถึง 32 เซนติเมตรต่อวินาที ซึ่งประมาณครึ่งไมล์ต่อชั่วโมง ความเร็วนั้นน่าประทับใจ เร็วกว่าซอฟต์โรบ็อตส่วนใหญ่

Caleb Christianson วิศวกรอุปกรณ์ทางการแพทย์อาวุโสของ Dexcom เป็นผู้นำการศึกษาในกลุ่มวิจัย 

“หลังจากที่เราสามารถปรับปรุงการออกแบบหุ่นยนต์ให้สามารถว่ายน้ำในตู้ปลาในห้องแล็บได้ เป็นเรื่องน่าตื่นเต้นอย่างยิ่งที่เห็นว่าหุ่นยนต์สามารถว่ายน้ำในตู้ปลาขนาดใหญ่ท่ามกลางปะการังและฝูงปลาได้สำเร็จ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ สำหรับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริง” Christianson กล่าว 

หลังจากทดสอบหัวฉีดรุ่นต่างๆ ในที่สุด ทีมงานก็พบรุ่นหนึ่งที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้กับหุ่นยนต์ รวมทั้งทำให้สามารถเคลื่อนที่และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เร็วขึ้น หนึ่งในปัจจัยสำคัญที่นำไปสู่การค้นพบคือการจำลองระบบขับเคลื่อนไอพ่น ซึ่งนำโดยศาสตราจารย์เกวียง จู และทีมงานของเขาในภาควิชาวิศวกรรมโครงสร้างที่ UC ซานดิเอโก