วิศวกรพัฒนาโรบอตไร้เครื่องไฟฟ้าที่สามารถตรวจสอบสภาพน้ำ

ทีมวิศวกรจากมหาวิทยาลัย Duke ได้พัฒนาโรบอตใหม่ที่ไม่มีเครื่องไฟฟ้าและนุ่มนวล ซึ่งสามารถมีบทบาทสำคัญในการตรวจสอบสภาพแวดล้อมในอนาคต โรบอตมีรูปร่างเหมือนแมลงปอ และสามารถเคลื่อนที่บนผิวน้ำได้โดยตอบสนองต่อสภาพแวดล้อม เช่น pH อุณหภูมิ และการมีอยู่ของน้ำมัน

การแสดงผลการทำงานของหลักการใหม่นี้ได้รับการเผยแพร่ใน Advanced Intelligent Systems เมื่อวันที่ 25 มีนาคม

โรบอตนุ่มนวลยังคงพัฒนาและปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง และมีความสำคัญมากขึ้นเนื่องจากความสามารถในการปรับใช้ได้หลากหลาย สามารถจัดการกับวัตถุอ่อนๆ เช่น เนื้อเยื่อทางชีววิทยา และสามารถเข้าไปในพื้นที่ที่แคบกว่าโรบอตที่มีความแข็งแรง

Shyni Varghee เป็นผู้รับผิดชอบในการสร้างแนวคิดนี้ และเป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์ วิศวกรรมเครื่องจักร และวัสดุศาสตร์ และศัลยกรรมกระดูกที่ Duke

Vardham Kumas เป็นนักศึกษาระดับ博士 ในห้องปฏิบัติการของ Varghese และเป็นผู้เขียนเอกสาร

“ฉันได้รับอีเมลจาก Shyni จากสนามบิน โดยบอกว่าเธอมีแนวคิดสำหรับโรบอตนุ่มนวลที่ใช้ไฮโดรเจลที่สามารถฟื้นตัวได้เอง ซึ่งกลุ่มของเธอได้คิดค้นขึ้นในอดีตเพื่อตอบสนองและเคลื่อนที่โดยอิสระ” Kumar กล่าว “แต่นั่นคือส่วนที่เหลือของอีเมล และฉันไม่ได้ยินจากเธออีกเป็นเวลาหลายวัน ดังนั้นแนวคิดนี้จึงอยู่ในสถานะที่ไม่แน่นอนจนกระทั่งฉันมีเวลาว่างเพียงพอในการพัฒนา และ Shyni บอกให้ทำต่อไป”

ไฮโดรเจลที่สามารถฟื้นตัวได้เอง

เมื่อปี 2012 ห้องปฏิบัติการของ Varghese ได้พัฒนาไฮโดรเจลที่สามารถฟื้นตัวได้เอง ซึ่งสามารถตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของ pH ในเวลาเพียงไม่กี่วินาที การเปลี่ยนแปลงความเป็นกรดทำให้เกิดพันธะใหม่บนไฮโดรเจล และสามารถกลับไปสู่สภาพเดิมได้เมื่อ pH กลับไปสู่ระดับเดิม

ส่วนหนึ่งของแนวคิดใหม่ของ Varghese คือการใช้ไฮโดรเจลบนโรบอตนุ่มนวลเพื่อให้สามารถเดินทางบนผิวน้ำได้โดยตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของ pH ในพื้นที่ต่างๆ เธอพยายามหาวิธีให้ห้องปฏิบัติการสร้างโรบอตประเภทนี้ที่สามารถทำงานเหมือนเซ็นเซอร์สิ่งแวดล้อมโดยอิสระ

ร่วมกับ Ung Hyun Ko นักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการของ Varghese Kumar ได้ออกแบบโรบอตนุ่มนวลตามรูปแมลงปอ หลังจากหลายๆ การลองผิดลองถูก ทีมงานตัดสินใจใช้รูปแมลงปอ และได้รับการออกแบบด้วยเครือข่ายของช่องทางภายในที่ทำให้สามารถควบคุมได้ด้วยความดันอากาศ

ร่างกายของโรบอตนุ่มนวลมีขนาดประมาณ 2.25 นิ้ว และมีระยะระหว่างปีกประมาณ 1.4 นิ้ว ได้รับการสร้างโดยการเทซิลิโคนลงในแม่พิมพ์อะลูมิเนียมก่อนที่จะนำไปอบ Soft lithography ถูกใช้ในการสร้างช่องทางภายในที่เชื่อมต่อกับซิลิโคนチュบ

https://www.youtube.com/watch?v=bTjZQMvagJ8&t=2s

DraBot

โรบอตนุ่มนวลที่ได้รับการออกแบบใหม่นี้ได้รับการตั้งชื่อว่า DraBot

“การทำให้ DraBot ตอบสนองต่อการควบคุมความดันอากาศในระยะทางที่ไกลโดยไม่ใช้เครื่องไฟฟ้าใดๆ เป็นเรื่องที่ยาก” Ko กล่าว “นั่นเป็นส่วนที่ท้าทายที่สุด”

DraBot ควบคุมความดันอากาศที่เข้าไปในปีก และช่องทางภายในจะพาอากาศไปที่ปีกหน้า จากนั้นจะหลบออกไปผ่านรูที่ชี้ไปที่ปีกหลัง DraBot จะไม่เคลื่อนที่หากการไหลของอากาศถูกขัดขวางโดยปีกหลังทั้งสองปีกลง แต่ถ้าทั้งสองปีกขึ้น จะเคลื่อนที่ไปข้างหน้า

ทีมงานยังได้พัฒนาเครื่องกระตุ้นบอลลูนเพื่อให้สามารถควบคุมได้มากขึ้น และตั้งอยู่ใต้ปีกหลังที่อยู่ใกล้กับร่างกายของโรบอต เมื่อถูกพองขึ้น ปีกจะงอขึ้น และนักวิจัยสามารถควบคุมทิศทางที่โรบอตไปได้โดยการเปลี่ยนปีกที่ขึ้นหรือลง

“เรารู้สึกดีใจเมื่อเราสามารถควบคุม DraBot ได้ แต่มันขึ้นอยู่กับสิ่งที่มีชีวิต” Kumar กล่าว “และสิ่งที่มีชีวิตไม่เพียงแต่เคลื่อนที่ไปตามลำพัง แต่ยังตอบสนองต่อสภาพแวดล้อม”

ทีมงานได้ใช้ไฮโดรเจลที่สามารถฟื้นตัวได้เองโดยทาไปที่ชุดปีกหนึ่ง ทำให้ DraBot ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของ pH ในน้ำ หากมีความเป็นกรดมากเกินไป ปีกหน้าจะหลอมรวมกับปีกหลัง ทำให้โรบอตหมุนเป็นวงกลมแทนการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า หลังจากที่ pH กลับไปสู่ระดับปกติ ไฮโดรเจลจะกลับไปสู่สภาพเดิม และปีกจะแยกออกจากกันอีกครั้ง ทำให้ DraBot สามารถตอบสนองต่อคำสั่งได้เต็มที่

นักวิจัยยังได้เพิ่มวัสดุที่ตอบสนองต่ออุณหภูมิ ซึ่งช่วยให้ DraBot สามารถเคลื่อนที่บนผิวน้ำและดูดซับน้ำมันด้วยฟองน้ำ สีของฟองน้ำจะเปลี่ยนไปตามสีน้ำมัน และเมื่อน้ำมีอุณหภูมิสูงเกินไป ปีกของโรบอตจะเปลี่ยนสีเช่นกัน

การปรับปรุงใหม่นี้สามารถช่วยต่อสู้กับปัญหาสิ่งแวดล้อมในอนาคตได้ ตัวอย่างเช่น โรบอตประเภทนี้สามารถตรวจจับการเป็นกรดของน้ำจืด ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อพื้นที่ที่มีความอ่อนไหวทางธรณีวิทยาได้ และสามารถช่วยตรวจจับการรั่วไหลของน้ำมันในระยะแรกหรือตรวจจับอาการแดงของน้ำและฟองน้ำในแนวปะการังได้