นำเสนอสิ่งใหม่ๆ ในด้าน Soft Robotics ที่ยั่งยืน: กล้ามเนื้อเทียมที่ย่อยสลายได้สำหรับอนาคตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

ทีมนักวิจัยระหว่างประเทศจาก Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS) ในเมืองชตุตท์การ์ต ประเทศเยอรมนี, Johannes Kepler University (JKU) ในเมืองลินซ์ ประเทศออสเตรีย และ University of Colorado (CU Boulder) ในเมืองบาวเดอร์ ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้นำความยั่งยืนมาเป็นจุดสนใจหลักในด้าน Soft Robotics

โดยร่วมกันพัฒนา กล้ามเนื้อเทียมที่ย่อยสลายได้และทำงานได้ดี โดยใช้เจลาติน น้ำมัน และพลาสติกที่ย่อยสลายได้ นักวิทยาศาสตร์แสดงศักยภาพของเทคโนโลยีใหม่นี้โดยใช้ในการเคลื่อนไหวของมือจับหุ่นยนต์ ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับการใช้งานแบบใช้ครั้งเดียว เช่น การเก็บขยะ กล้ามเนื้อเทียมเหล่านี้สามารถทิ้งได้ในถังขยะที่สามารถย่อยสลายได้ และย่อยสลายได้ภายใน 6 เดือนภายใต้สภาพที่ควบคุม

Ellen Rumley นักวิจัยจาก CU Boulder ที่ทำงานในภาควิชาวัสดุหุ่นยนต์ tại MPI-IS และเป็นหนึ่งในผู้เขียนบทความวิจัย กล่าวว่า “ส่วนประกอบที่ย่อยสลายได้สามารถเป็นทางออกที่ยั่งยืนสำหรับการใช้งานแบบใช้ครั้งเดียว เช่น การผ่าตัด การค้นหาและช่วยเหลือ และการจัดการสารอันตราย แทนที่จะสะสมในพื้นที่ฝังกลบขยะที่สิ้นสุดชีวิตผลิตภัณฑ์ หุ่นยนต์ในอนาคตอาจกลายเป็นปุ๋ยสำหรับการเติบโตของพืชในอนาคต”

พัฒนากล้ามเนื้อเทียม HASEL ที่ย่อยสลายได้

นักวิจัยได้สร้างกล้ามเนื้อเทียมที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าซึ่งเรียกว่า HASEL (Hydraulically Amplified Self-healing Electrostatic Actuators) HASEL เป็นถุงพลาสติกที่เต็มไปด้วยน้ำมันและถูกครอบคลุมบางส่วนด้วยคู่ของสื่อนำไฟฟ้า เมื่อมีการใช้แรงดันไฟฟ้าสูงข้ามคู่ของสื่อนำไฟฟ้า จะเกิดการสร้างพลังที่ผลักดันน้ำมันไปยังพื้นที่ที่ไม่มีสื่อนำไฟฟ้า ทำให้ถุงพลาสติกหดตัว类似กับการหดตัวของกล้ามเนื้อจริง เพื่อให้ HASEL หดตัวได้ วัสดุที่ใช้สำหรับถุงพลาสติกและน้ำมันต้องเป็นฉนวนไฟฟ้าที่สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงได้

ความท้าทายหลักคือการพัฒนาสื่อนำไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าและย่อยสลายได้ นักวิจัยที่ JKU ได้สร้างสูตรโดยใช้เจลาตินและเกลือที่สามารถหล่อหลอมได้โดยตรงบน HASEL

David Preninger ผู้เขียนบทความวิจัยและนักวิจัยที่ Soft Matter Physics Division ของ JKU กล่าวว่า “เราต้องการสร้างสื่อนำไฟฟ้าที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง แต่ใช้ส่วนผสมที่มีอยู่และกลยุทธ์การผลิตที่เข้าถึงได้”

Image Source: Max Plank Institute

ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและพลาสติกที่ย่อยสลายได้

อุปสรรคต่อไปคือการค้นหาพลาสติกที่ย่อยสลายได้ซึ่งเหมาะสม วิศวกรมักจะให้ความสำคัญกับปัจจัยด้านอัตราการย่อยสลายและความแข็งแรงมากกว่าฉนวนไฟฟ้า ซึ่งเป็นข้อกำหนดสำหรับ HASEL ที่ทำงานที่หลายพันโวลต์ อย่างไรก็ตาม พลาสติกบางชนิดแสดงให้เห็นถึงความเข้ากันได้ดีกับเจลาตินและฉนวนไฟฟ้าที่เพียงพอ

การผสมวัสดุหนึ่งทำให้ HASEL สามารถทนต่อการทำงาน 100,000 รอบที่หลายพันโวลต์โดยไม่มีการล้มเหลวทางไฟฟ้าหรือสูญเสียประสิทธิภาพ กล้ามเนื้อเทียมที่ย่อยสลายได้เหล่านี้มีประสิทธิภาพด้านไฟฟ้าเชิงกลที่สามารถแข่งขันกับกล้ามเนื้อเทียมที่ไม่ย่อยสลายได้ ส่งเสริมความยั่งยืนในเทคโนโลยีกล้ามเนื้อเทียม

Ellen Rumley อธิบายถึงผลกระทบของการวิจัยของพวกเขา “โดยการแสดงผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมของระบบวัสดุใหม่นี้ เรากำลังให้แรงจูงใจแก่ชุมชนหุ่นยนต์ให้พิจารณาวัสดุที่ย่อยสลายได้เป็นตัวเลือกที่เป็นไปได้สำหรับการสร้างหุ่นยนต์ ความจริงที่เราทำผลลัพธ์ที่ดีได้โดยใช้พลาสติกชีวภาพอาจกระตุ้นให้นักวิทยาศาสตร์วัสดุคนอื่นๆ สร้างวัสดุใหม่ที่มีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าดีขึ้น”

โอกาสในอนาคตและความเป็นไปได้

การพัฒนากล้ามเนื้อเทียมที่ย่อยสลายได้เปิดโอกาสใหม่สำหรับอนาคตของหุ่นยนต์ โดยการรวมวัสดุที่ยั่งยืนเข้ากับเทคโนโลยีหุ่นยนต์ นักวิทยาศาสตร์สามารถลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของหุ่นยนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันที่มีการใช้ครั้งเดียว ความสำเร็จของการวิจัยนี้เปิดทางสำหรับการสำรวจส่วนประกอบที่ย่อยสลายได้มากขึ้น และการออกแบบหุ่นยนต์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมทั้งหมด

ความเป็นไปได้ในการใช้หุ่นยนต์แบบนุ่มที่ย่อยสลายได้ขยายไปไกลกว่าการเก็บขยะและการผ่าตัด หุ่นยนต์เหล่านี้สามารถใช้ในการตรวจสอบสิ่งแวดล้อม เกษตรกรรม และแม้แต่เครื่องใช้ไฟฟ้าสำหรับผู้บริโภค ลดภาระที่มีต่อที่เก็บขยะ และช่วยให้เกิดเศรษฐกิจหมุนเวียน

เมื่อการวิจัยดำเนินต่อไป ทีมงานมีแผนจะปรับปรุงวัสดุและกระบวนการที่ใช้ในการสร้างกล้ามเนื้อเทียมที่ย่อยสลายได้ โดยการทำงานร่วมกับผู้เชี่ยวชาญด้านวัสดุศาสตร์และหุ่นยนต์ พวกเขามีเป้าหมายที่จะพัฒนเทคโนโลยีใหม่ที่จะผลักดันสาขาหุ่นยนต์ที่ยั่งยืนไปข้างหน้า นักวิจัยหวังว่าจะกระตุ้นให้เกิดการนำวัสดุที่ย่อยสลายได้มาใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ และส่งเสริมแนวทางที่มีความรับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นในการพัฒนเทคโนโลยี

การทำงานที่เป็นเลิศของทีมวิจัยระหว่างประเทศนี้แสดงถึงขั้นตอนสำคัญที่มุ่งสู่อนาคตที่ยั่งยืนสำหรับหุ่นยนต์แบบนุ่ม โดยการแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้และประสิทธิภาพของกล้ามเนื้อเทียมที่ย่อยสลายได้ พวกเขากำลังเปิดทางสำหรับการพัฒนาต่อไปในด้านเทคโนโลยีเขียวและสร้างแรงบันดาลใจให้กับชุมชนหุ่นยนต์ให้พิจารณาแนวทางที่ยั่งยืนสำหรับการสร้างสรรค์ของพวกเขา