โรบอทกินโลหะที่สามารถเดินตามเส้นทางโลหะได้โดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์หรือแบตเตอรี่

โรบอท “กินโลหะ” ที่พัฒนาขึ้นใหม่สามารถเดินตามเส้นทางโลหะได้โดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์หรือแบตเตอรี่ โรบอทสามารถเดินไปสู่พื้นผิวอลูมิเนียมและหลีกเลี่ยงอันตรายได้ด้วยตนเอง โดยอาศัยหน่วยจ่ายพลังงานที่เชื่อมต่อกับล้อฝั่งตรงข้าม

แบตเตอรี่เป็นหนึ่งในอุปสรรคหลักในด้านหุ่นยนต์ เมื่อแบตเตอรี่มีพลังงานมากขึ้น น้ำหนักจะมากขึ้น และน้ำหนักนี้ทำให้หุ่นยนต์ต้องมีพลังงานมากขึ้นในการเคลื่อนที่ และแม้ว่าแหล่งพลังงานบางอย่าง เช่น แผงโซลาร์เซลล์ จะมีประโยชน์ในบางกรณี แต่ก็จำเป็นต้องมีวิธีที่สม่ำเสมอ เร็ว และยั่งยืนมากกว่านี้

เจมส์ พิกุล เป็นอาจารย์ผู้ช่วยในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและกลศาสตร์ประยุกต์ ของ Penn Engineering เขากำลังพัฒนเทคโนโลยีใหม่นี้โดยอาศัยแหล่งจ่ายโวลต์ที่ควบคุมโดยสิ่งแวดล้อม หรือ ECVS แทนแบตเตอรี่

ด้วย ECVS พลังงานจะถูกผลิตโดยการทำลายและก่อตัวของพันธะเคมี และสามารถรักษาน้ำหนักให้เบาโดยการค้นหาพันธะเคมีในสิ่งแวดล้อมของหุ่นยนต์ หน่วย ECVS จะเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันพร้อมกับอากาศโดยรอบเมื่อมันสัมผัสกับพื้นผิวโลหะ และสิ่งนี้เป็นพลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อนหุ่นยนต์

พิกุลได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ โดยเฉพาะการดูว่าสัตว์สร้างพันธะเคมีในรูปแบบของอาหารเป็นแหล่งพลังงาน แม้ไม่มี “สมอง” หุ่นยนต์ใหม่ที่ใช้ ECVS ก็สามารถค้นหาอาหารของมันได้

การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Advanced Intelligent Systems

พิกุลได้ร่วมมือกับสมาชิกในห้องปฏิบัติการ มิน วัง และ ยูเอ กาว และทีมงานได้แสดงให้เห็นว่าหุ่นยนต์ที่ใช้ ECVS สามารถเดินไปใน_environment โดยไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์ ล้อซ้ายและล้อขวาของหุ่นยนต์ถูกขับเคลื่อนโดยหน่วย ECVS ที่แตกต่างกัน และแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการเดินและค้นหาอาหารในระดับพื้นฐานเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปสู่และ “กิน” พื้นผิวโลหะโดยอัตโนมัติ

การศึกษานี้ไม่ได้หยุดเพียงเท่านี้ แต่ยังแสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมที่ซับซ้อนกว่านี้สามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้โปรเซสเซอร์กลาง หุ่นยนต์สามารถทำการดำเนินการเชิงตรรกะที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับแหล่งอาหารของมัน ซึ่งทำได้โดยการมีการจัดเรียงพื้นที่และลำดับของหน่วย ECVS ที่แตกต่างกัน

“แบคทีเรียสามารถเดินไปสู่สารอาหารโดยอัตโนมัติผ่านกระบวนการ chemotaxis โดยที่พวกมันตรวจจับและตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารเคมี” พิกุลกล่าว “หุ่นยนต์ขนาดเล็กมีข้อจำกัดที่คล้ายกับจุลสิ่งมีชีวิต เนื่องจากพวกมันไม่สามารถพกแบตเตอรี่ขนาดใหญ่หรือคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนได้ ดังนั้นเราจึงต้องการทดสอบว่าเทคโนโลยี ECVS ของเราสามารถจำลองพฤติกรรมนี้ได้อย่างไร “

การทดสอบหุ่นยนต์

นักวิจัยได้ทดสอบหุ่นยนต์ใหม่นี้โดยการวางมันบนพื้นผิวอลูมิเนียมที่สามารถจ่ายพลังงานให้กับหน่วย ECVS ของมัน และพวกเขาก็ได้เพิ่ม “อันตราย” ที่จะทำลายการเชื่อมต่อระหว่างหุ่นยนต์และโลหะ ในการทดลอง หน่วย ECVS สามารถเคลื่อนหุ่นยนต์และนำมันไปสู่แหล่งพลังงานที่มีพลังงานสูง

“ใน某些วิธี” พิกุลกล่าว “พวกมันเหมือนลิ้นใน某些วิธี เนื่องจากพวกมันสามารถตรวจจับและช่วยย่อยพลังงานได้ “

หนึ่งในอันตรายที่ทีมงานใช้คือเส้นทางที่มีลักษณะโค้งของเทปฉนวน และโดยการเชื่อมต่อหน่วย ECVS กับล้อฝั่งตรงข้าม หุ่นยนต์สามารถเดินตามเส้นทางโลหะระหว่างเส้นเทปสองเส้นได้โดยอัตโนมัติ ตัวอย่างเช่น ECVS ฝั่งขวาจะเสียพลังงานก่อนหากเส้นทางโค้งไปทางซ้าย ซึ่งทำให้ล้อซ้ายของหุ่นยนต์ชะลอและเคลื่อนออกจากอันตราย

ทีมงานยังใช้เจลฉนวนหนืดเป็นอันตราย และหุ่นยนต์สามารถลบมันออกได้ขณะขับเคลื่อนผ่านมัน การออกแบบหุ่นยนต์สามารถปรับปรุงได้เมื่อนักวิจัยเรียนรู้ว่า ECVS สามารถรับพลังงานจากอะไร และสิ่งเหล่านี้สามารถรวมเข้ากับการออกแบบได้

“การเชื่อมต่อหน่วย ECVS กับมอเตอร์ฝั่งตรงข้ามทำให้หุ่นยนต์สามารถหลีกเลี่ยงพื้นผิวที่พวกมันไม่ชอบ” พิกุลกล่าว “แต่เมื่อหน่วย ECVS ต่อขนานกับมอเตอร์ทั้งสอง มันจะทำงานเหมือนกับ ‘OR gate’ โดยที่พวกมันเพิกเฉยต่อการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหรือทางกายภาพที่เกิดขึ้นภายใต้แหล่งพลังงานเพียงแหล่งเดียว “

“เราสามารถใช้การเชื่อมต่อนี้เพื่อจับคู่ความชอบทางชีววิทยา” เขากล่าว “มันสำคัญที่จะสามารถบอกความแตกต่างระหว่างสิ่งแวดล้อมที่อันตรายและต้องหลีกเลี่ยง และสิ่งที่ไม่สะดวกแต่สามารถผ่านไปได้หากจำเป็น “

หุ่นยนต์ที่ไม่ต้องใช้คอมพิวเตอร์จะสามารถทำพฤติกรรมที่ซับซ้อนกว่านี้ได้เมื่อเทคโนโลยี ECVS พัฒนา และสิ่งแวดล้อมจะเล่นบทบาทสำคัญในการออกแบบ ECVS ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์ขนาดเล็กสามารถพัฒนาขึ้นเพื่อเดินไปในพื้นที่ที่อันตรายและแคบ

“ถ้าเรามี ECVS ที่ตั้งค่าให้เหมาะสมกับเคมีที่แตกต่างกัน เราสามารถมีหุ่นยนต์ที่หลีกเลี่ยงพื้นผิวที่อันตราย แต่ขับเคลื่อนผ่านพื้นผิวที่ขัดขวางทางไปสู่วัตถุประสงค์” พิกุลกล่าว