นักฟิสิกส์ผลักดันการพัฒนาหุ่นยนต์เปลี่ยนรูปทรงรุ่นใหม่

ทีมนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยบาธได้ค้นพบวิธีการใหม่ในการเคลือบหุ่นยนต์แบบอ่อนให้สามารถเคลื่อนไหวและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น การพัฒนานี้จะนำไปสู่การสร้างหุ่นยนต์เปลี่ยนรูปแบบรุ่นใหม่

การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ Science Advances.

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญด้านสสารแอกทีฟ

ตามที่ผู้เขียนการศึกษาบอกว่าการพัฒนานี้อาจเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญในการออกแบบหุ่นยนต์ หากแนวคิดนี้ได้รับการพัฒนาต่อไป ผู้เชี่ยวชาญอาจสามารถกำหนดรูปทรง พฤติกรรม และการเคลื่อนไหวของวัสดุอ่อนโดยการควบคุมจากผิวหน้าได้ แทนที่จะพึ่งพาความยืดหยุ่นตามธรรมชาติ

ผิวของวัสดุอ่อนส่วนใหญ่จะหดตัวเป็นลูกบอลคล้ายกับวิธีที่น้ำรวมตัวกันเป็นหยด นี่เกิดขึ้นเนื่องจากผิวของของเหลวและวัสดุอ่อนมักจะหดตัวเป็นพื้นที่ผิวที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่วัสดุอ่อนที่มีการเคลื่อนไหวสามารถออกแบบให้ไม่ปฏิบัติตามรูปแบบนี้

ด้วยเทคนิคและวัสดุอ่อนที่มีการเคลื่อนไหว ผู้เชี่ยวชาญหวังว่าหุ่นยนต์รุ่นใหม่จะถูกสร้างขึ้นจากหน่วยแอกทีฟแต่ละหน่วยจำนวนมากที่ทำงานร่วมกันเพื่อกำหนดการเคลื่อนไหวและหน้าที่ของหุ่นยนต์ ก่อนที่จะมีความเป็นไปได้นี้ หุ่นยนต์เหล่านี้ถูกควบคุมโดยตัวควบคุมกลาง การออกแบบใหม่นี้คล้ายกับวิธีการทำงานของเนื้อเยื่อทางชีววิทยาของเรา

การออกแบบหุ่นยนต์เปลี่ยนรูปแบบรุ่นใหม่

นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้การออกแบบนี้เพื่อสร้างหุ่นยนต์แบบอ่อนที่มีแขนประกอบด้วยวัสดุอ่อนที่มีการเคลื่อนไหวโดยหุ่นยนต์ที่อยู่บนผิวของวัสดุ อีกความเป็นไปได้หนึ่งคือการเปลี่ยนขนาดและรูปทรงของแคปซูลส่งยาโดยการเคลือบผิวของอนุภาคนาโนด้วยวัสดุอ่อนที่มีการเคลื่อนไหวและตอบสนอง

ตามที่ดร. แจ็ค บินิช ผู้เขียนคนแรกของการศึกษาบอกว่าหนึ่งในด้านที่น่าสนใจที่สุดของการพัฒนานี้คือการท้าทายวิธีที่เรามองกฎของธรรมชาติ “สสารแอกทีฟทำให้เรามองกฎธรรมชาติที่คุ้นเคย เช่น กฎที่ว่าแรงตึงผิวต้องมีค่าเป็นบวก ในมุมมองใหม่ การเห็นผลลัพธ์เมื่อเราละเมิดกฎเหล่านี้และวิธีการใช้ผลลัพธ์เหล่านั้นเป็นสถานที่ที่น่าตื่นเต้นในการทำวิจัย” ดร. บินิชกล่าว

ดร. อันโตน ซูสโลฟเป็นผู้เขียนผู้รับผิดชอบการติดต่อของงานวิจัย

“การศึกษานี้เป็นการพิสูจน์แนวคิดที่สำคัญและมีนัยที่เป็นประโยชน์หลายประการ ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีในอนาคตอาจสร้างหุ่นยนต์แบบอ่อนที่นิ่มและดีกว่าในการหยิบจับและจัดการวัสดุที่บอบบาง” ดร. ซูสโลฟกล่าว

นักวิจัยได้พัฒนาทฤษฎีและซิมูเลชั่นเพื่ออธิบายวัสดุอ่อน 3 มิติที่มีผิวที่ได้รับแรงกดดันจากกิจกรรมที่เกิดขึ้น ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าแรงกดดันเหล่านี้ทำให้ผิวของวัสดุอ่อนขยายตัวและดึงวัสดุอ่อนที่อยู่ด้านล่าง ทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปทรงของวัตถุทั้งชิ้น รูปทรงที่วัสดุอ่อนสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติความยืดหยุ่นของวัสดุ

ทีมนักวิจัยจะใช้หลักการนี้เพื่อออกแบบหุ่นยนต์ที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น และจะศึกษาพฤติกรรมรวมและผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นเมื่อวัสดุอ่อนหลายชิ้นถูกจัดเรียงเข้าด้วยกัน