โรบอทกินโลหะที่สามารถติดตามเส้นทางโลหะโดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์หรือแบตเตอรี่

โรบอท “กินโลหะ” ที่พัฒนาขึ้นใหม่สามารถติดตามเส้นทางโลหะโดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์หรือแบตเตอรี่ โรบอทสามารถเดินไปสู่พื้นผิวอลูมิเนียมและหลบเลี่ยงอันตรายได้อย่างอิสระโดยอาศัยหน่วยจ่ายพลังงานที่เชื่อมต่อกับล้อฝั่งตรงข้าม

แบตเตอรี่เป็นหนึ่งในอุปสรรคหลักในด้านหุ่นยนต์ พลังงานที่มากขึ้นจะทำให้น้ำหนักมากขึ้น และน้ำหนักมากขึ้นจะทำให้หุ่นยนต์ต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการเคลื่อนที่ และแม้ว่าแหล่งพลังงานบางอย่าง เช่น แผงโซลาร์เซลล์ จะมีประโยชน์ในบางกรณี แต่ก็จำเป็นต้องมีวิธีที่สม่ำเสมอ มีประสิทธิภาพ และยั่งยืนมากขึ้น

เจมส์ พิกุล เป็นรองศาสตราจารย์ในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและกลศาสตร์ประยุกต์ของมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย เขากำลังพัฒนเทคโนโลยีใหม่นี้โดยอาศัยแหล่งจ่ายโวลต์ที่ควบคุมโดยสิ่งแวดล้อม หรือ ECVS แทนแบตเตอรี่

ด้วย ECVS พลังงานจะถูกสร้างขึ้นโดยการทำลายและก่อตัวของพันธะเคมี และสามารถรักษาน้ำหนักให้เบาโดยการค้นหาพันธะเคมีใน môi trườngของหุ่นยนต์ หน่วย ECVS จะเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันเมื่อมันสัมผัสกับพื้นผิวโลหะ และสิ่งนี้คือสิ่งที่ให้พลังงานแก่หุ่นยนต์

พิกุลได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการดูว่าสัตว์สร้างพันธะเคมีในรูปแบบของอาหารเป็นแหล่งพลังงาน หุ่นยนต์ใหม่ที่ใช้ ECVS ก็เหมือนกัน โดยไม่มี “สมอง” หุ่นยนต์เหล่านี้ก็ยังสามารถค้นหาอาหารของมันได้

การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Advanced Intelligent Systems.

พิกุลได้ร่วมงานกับสมาชิกในห้องปฏิบัติการ มิน วัง และหยว่ เกา และทีมงานได้แสดงให้เห็นว่าหุ่นยนต์ที่ใช้ ECVS สามารถเดินไปใน môi trườngโดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์ ล้อซ้ายและล้อขวาของหุ่นยนต์ถูกขับเคลื่อนโดยหน่วย ECVS ที่แตกต่างกัน และแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการเดินและค้นหาอาหารโดยอัตโนมัติเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปสู่และ “กิน” พื้นผิวโลหะ

การศึกษานี้ไม่ได้หยุดเพียงเท่านี้ แต่ยังแสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมที่ซับซ้อนสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้โปรเซสเซอร์กลาง หุ่นยนต์สามารถทำการดำเนินการเชิงตรรกะที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับแหล่งอาหาร ซึ่งทำได้โดยการมีการจัดเรียงพื้นที่และลำดับของหน่วย ECVS ที่แตกต่างกัน

“แบคทีเรียสามารถเดินไปสู่สารอาหารโดยอัตโนมัติผ่านกระบวนการเรียกว่าเคมโมทักซิส โดยที่พวกมันสามารถรับรู้และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของสารเคมี” พิกุลกล่าว “หุ่นยนต์ขนาดเล็กมีข้อจำกัดที่คล้ายกับจุลินทรีย์ เนื่องจากพวกมันไม่สามารถพกแบตเตอรี่ขนาดใหญ่หรือคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนได้ ดังนั้นเราจึงต้องการสำรวจว่าเทคโนโลยี ECVS ของเราสามารถจำลองพฤติกรรมนี้ได้อย่างไร”

การทดสอบหุ่นยนต์

นักวิจัยได้ทดสอบหุ่นยนต์ใหม่นี้โดยวางมันบนพื้นผิวอลูมิเนียมที่สามารถให้พลังงานแก่หน่วย ECVS ของมัน และจากนั้นจึงเพิ่ม “อันตราย” ที่จะทำลายการเชื่อมต่อระหว่างหุ่นยนต์และโลหะ ในการทดลอง หน่วย ECVS สามารถเคลื่อนหุ่นยนต์และนำมันไปสู่แหล่งพลังงานที่มีพลังงานสูง

“ในบางด้าน” พิกุลกล่าว “พวกมันเหมือนลิ้นในแง่ที่ว่าพวกมันทั้งสองสามารถรับรู้และช่วยในการย่อยอาหาร”

หนึ่งในอันตรายที่ทีมงานใช้คือเส้นทางที่มีลักษณะเป็นรูปตัว S ที่ทำจากเทปฉนวน และโดยการเชื่อมต่อหน่วย ECVS กับล้อฝั่งตรงข้าม หุ่นยนต์สามารถเดินไปตามเส้นทางโลหะระหว่างเส้นสองเส้นของเทปได้อย่างอิสระ ตัวอย่างเช่น หากเส้นทางมีลักษณะเป็นรูปตัว S ที่หันไปทางซ้าย หน่วย ECVS ฝั่งขวาจะสูญเสียพลังงานก่อน และทำให้ล้อซ้ายของหุ่นยนต์ชะลอและหันไปจากอันตราย

ทีมงานยังใช้เจลฉนวนที่มีความหนาแน่นสูงเป็นอันตราย และหุ่นยนต์สามารถล้างเจลนี้ออกได้ขณะเคลื่อนที่ไปเหนือมัน การออกแบบหุ่นยนต์สามารถปรับปรุงได้เมื่อนักวิจัยเรียนรู้ว่าหน่วย ECVS สามารถรับพลังงานจากสิ่งใดได้บ้าง และสิ่งเหล่านี้สามารถรวมเข้ากับการออกแบบของมันได้

“การเชื่อมต่อหน่วย ECVS กับมอเตอร์ฝั่งตรงข้ามทำให้หุ่นยนต์สามารถหลบเลี่ยงพื้นผิวที่ไม่ชอบ” พิกุลกล่าว “แต่เมื่อหน่วย ECVS ต่อขนานกับมอเตอร์ทั้งสองหน่วย มันจะทำงานเหมือนกับ “OR” เกต โดยที่มันเพิกเฉยต่อการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหรือทางกายภาพที่เกิดขึ้นภายใต้แหล่งพลังงานเพียงแหล่งเดียว”

“เราสามารถใช้การเชื่อมต่อนี้เพื่อจับคู่ความชอบทางชีววิทยา” เขากล่าว “มันสำคัญที่จะสามารถแยกแยะระหว่างสิ่งแวดล้อมที่อันตรายและต้องหลบเลี่ยง และสิ่งแวดล้อมที่ไม่สะดวกแต่สามารถผ่านไปได้หากจำเป็น”

หุ่นยนต์ที่ไม่มีคอมพิวเตอร์และสามารถเดินไปได้ด้วยตนเองจะสามารถทำพฤติกรรมที่ซับซ้อนมากขึ้นเมื่อเทคโนโลยี ECVS พัฒนาไป และสิ่งแวดล้อมจะเล่นบทบาทสำคัญในการออกแบบ ECVS ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์ขนาดเล็กสามารถพัฒนาเพื่อเดินไปในพื้นที่ที่อันตรายและแคบ

“หากเรามี ECVS ที่ต่างๆ กันซึ่งปรับให้เหมาะสมกับเคมีที่ต่างกัน เราสามารถมีหุ่นยนต์ที่หลบเลี่ยงพื้นผิวที่อันตราย แต่เดินผ่านพื้นผิวที่ขัดขวางวัตถุประสงค์” พิกุลกล่าว