หุ่นยนต์กินโลหะสามารถเดินตามเส้นทางโลหะได้โดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์หรือแบตเตอรี่

หุ่นยนต์ 'กินโลหะ' ที่พัฒนาขึ้นใหม่สามารถเดินตามเส้นทางโลหะได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์หรือแบตเตอรี่ หุ่นยนต์สามารถนำทางไปยังพื้นผิวอะลูมิเนียมได้โดยอัตโนมัติและห่างจากอันตรายด้วยชุดจ่ายไฟที่ต่อเข้ากับล้อที่อยู่ฝั่งตรงข้าม

แบตเตอรี่เป็นหนึ่งในอุปสรรคสำคัญในด้านวิทยาการหุ่นยนต์ ยิ่งมีพลังงานมากเท่าไหร่น้ำหนักก็ยิ่งมากเท่านั้น น้ำหนักนี้หมายความว่าหุ่นยนต์ต้องมีพลังงานมากขึ้นในการเคลื่อนที่ และแม้ว่าแหล่งพลังงานบางอย่าง เช่น แผงโซลาร์เซลล์จะมีประโยชน์ในการใช้งานบางอย่าง แต่ก็จำเป็นต้องมีวิธีที่สอดคล้องกัน รวดเร็ว และยั่งยืนมากขึ้น

เจมส์ พิกุล เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและกลศาสตร์ประยุกต์ของ Penn Engineering ปัจจุบันเขากำลังพัฒนาเทคโนโลยีใหม่โดยใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมโดยสิ่งแวดล้อมหรือ ECVS แทนแบตเตอรี่

ด้วย ECVS พลังงานจะถูกสร้างขึ้นโดยการทำลายและสร้างพันธะเคมี และสามารถลดน้ำหนักได้โดยการค้นหาพันธะเคมีในสภาพแวดล้อมของหุ่นยนต์ หน่วย ECVS เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันกับอากาศโดยรอบเมื่อสัมผัสกับพื้นผิวโลหะ และนี่คือสิ่งที่ขับเคลื่อนหุ่นยนต์ 

พิกุลได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ โดยเฉพาะการที่สัตว์สร้างพันธะเคมีในรูปของอาหารเพื่อเป็นแหล่งพลังงาน แม้จะไม่มี ''สมอง" หุ่นยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วย ECVS ใหม่เหล่านี้ก็ยังค้นหาแหล่งอาหารของพวกมันด้วย

การศึกษาใหม่ได้รับการตีพิมพ์ใน ระบบอัจฉริยะขั้นสูง. 

Pikul เข้าร่วมโดยสมาชิกในห้องปฏิบัติการ Min Wang และ Yue Gao และทีมได้สาธิตวิธีที่หุ่นยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วย ECVS สามารถสำรวจสภาพแวดล้อมโดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์ ล้อซ้ายและขวาของหุ่นยนต์ขับเคลื่อนโดยหน่วย ECVS ที่แตกต่างกัน และล้อเหล่านี้แสดงความสามารถในการนำทางและการหาอาหารขั้นพื้นฐานเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนที่เข้าหาและ "กิน" พื้นผิวโลหะโดยอัตโนมัติ

การศึกษาไม่ได้หยุดเพียงแค่นั้น เนื่องจากยังแสดงให้เห็นว่าสามารถบรรลุพฤติกรรมที่ซับซ้อนมากขึ้นได้อย่างไรหากไม่มีตัวประมวลผลกลาง หุ่นยนต์สามารถดำเนินการทางตรรกะที่แตกต่างกันโดยขึ้นอยู่กับแหล่งอาหาร ซึ่งทำได้โดยการจัดพื้นที่และลำดับที่แตกต่างกันของหน่วย ECVS

“แบคทีเรียสามารถนำทางไปสู่สารอาหารได้เองโดยอิสระผ่านกระบวนการที่เรียกว่า chemotaxis ซึ่งพวกมันจะรับรู้และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของสารเคมี” Pikul กล่าว “หุ่นยนต์ขนาดเล็กมีข้อจำกัดคล้ายกับจุลินทรีย์ เนื่องจากพวกมันไม่สามารถบรรทุกแบตเตอรี่ขนาดใหญ่หรือคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนได้ ดังนั้นเราจึงต้องการสำรวจว่าเทคโนโลยี ECVS ของเราสามารถจำลองลักษณะการทำงานแบบนั้นได้อย่างไร”

การทดสอบหุ่นยนต์

นักวิจัยได้ทดสอบหุ่นยนต์ตัวใหม่โดยวางบนพื้นผิวอลูมิเนียมที่สามารถให้พลังงานแก่หน่วย ECVS ได้ จากนั้นจึงเพิ่ม "อันตราย" ที่จะทำลายการสัมผัสระหว่างหุ่นยนต์กับโลหะ ในการทดลอง หน่วย ECVS สามารถเคลื่อนย้ายหุ่นยนต์และนำทางไปยังแหล่งที่อุดมด้วยพลังงาน

“ในทางใดทางหนึ่ง” พิกุลพูด “พวกมันเหมือนลิ้นที่พวกมันสัมผัสและช่วยย่อยพลังงาน”

หนึ่งในอันตรายที่ทีมใช้คือเส้นทางโค้งของเทปฉนวน และการเดินสายหน่วย ECVS ไปที่ล้อฝั่งตรงข้าม หุ่นยนต์สามารถเดินตามช่องโลหะระหว่างเทปสองเส้นได้โดยอัตโนมัติ ตัวอย่างเช่น ECVS ทางด้านขวาจะสูญเสียกำลังก่อนหากเลนโค้งไปทางซ้าย ซึ่งทำให้ล้อซ้ายของหุ่นยนต์ช้าลงและเคลื่อนออกจากอันตราย

ทีมงานยังใช้เจลฉนวนที่มีความหนืดเป็นวัตถุอันตราย และหุ่นยนต์สามารถค่อยๆ เช็ดออกในขณะที่ขับผ่าน ขณะนี้การออกแบบหุ่นยนต์สามารถปรับปรุงได้เมื่อนักวิจัยเรียนรู้ว่า ECVS สามารถรับอะไรได้บ้าง และสิ่งเหล่านี้สามารถรวมเข้ากับการออกแบบได้ 

“การเดินสายยูนิต ECVS กับมอเตอร์ที่อยู่ตรงข้ามกันช่วยให้หุ่นยนต์สามารถหลีกเลี่ยงพื้นผิวที่ไม่ชอบได้” พิกุลกล่าว “แต่เมื่อหน่วย ECVS ขนานกับมอเตอร์ทั้งสอง จะทำงานเหมือนประตู 'OR' โดยไม่สนใจการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหรือทางกายภาพที่เกิดขึ้นภายใต้แหล่งพลังงานเพียงแหล่งเดียว”

"เราสามารถใช้สายไฟประเภทนี้เพื่อให้ตรงกับความต้องการทางชีวภาพ" เขากล่าว “สิ่งสำคัญคือต้องสามารถบอกความแตกต่างระหว่างสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตรายและจำเป็นต้องหลีกเลี่ยง กับสภาพแวดล้อมที่ไม่สะดวกและสามารถผ่านเข้าไปได้หากจำเป็น”

หุ่นยนต์อัตโนมัติและไร้คอมพิวเตอร์จะสามารถทำพฤติกรรมที่ซับซ้อนมากขึ้นได้เมื่อเทคโนโลยี ECVS พัฒนาขึ้น และสภาพแวดล้อมโดยรอบจะมีบทบาทสำคัญในการออกแบบ ECVS ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์ขนาดเล็กสามารถพัฒนาเพื่อนำทางในสภาพแวดล้อมที่อันตรายและคับแคบได้

“ถ้าเรามี ECVS ที่แตกต่างกันซึ่งปรับให้เข้ากับเคมีที่แตกต่างกัน เราก็สามารถมีหุ่นยนต์ที่หลีกเลี่ยงพื้นผิวที่เป็นอันตราย แต่ส่งกำลังผ่านหุ่นยนต์ที่ขวางทางเป้าหมาย” พิกุลกล่าว