นักวิจัยพัฒนารoboตขนาดเล็กที่สามารถเคลื่อนที่เป็นรูปทรงที่ต้องการ

ทีมนักวิจัยจากสถาบันต่างๆ รวมถึง Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS), Cornell University และ Shanghai Jiao Tong University ได้พัฒนารoboตขนาดเล็กที่สามารถเคลื่อนที่เป็นรูปทรงที่ต้องการ

การวิจัยนี้ได้รับการนำโดย Gaurav Gardi และ Prof. Metin Sitti จาก MPI-IS, Steven Ceron และ Prof. Kirstin Peterson จาก Cornell และ Prof. Wendong Wang จาก Shanghai Jiao Tong University

การวิจัยที่มีชื่อเรื่องว่า “Microrobot Collectives with Reconfigurable Morphologies, Behaviors, and Functions” ได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Communications

การปรับเปลี่ยนรูปทรงของอนุภาคขนาดเล็ก

อนุภาคขนาดเล็กสามารถปรับเปลี่ยนพฤติกรรมของฝูงได้อย่างรวดเร็ว เมื่อ漂浮บนพื้นผิวของน้ำ อนุภาค roboตขนาดเล็กสามารถเคลื่อนที่เป็นวงกลม ละเล่นรอบๆ แพร่กระจายเหมือนก๊าซ รวมตัวกัน หรือสร้างเป็นเส้นตรง

แต่ละ roboตขนาดเล็กมีขนาดใหญ่กว่าความกว้างของเส้นผมมนุษย์ และถูกพิมพ์ 3 มิติโดยใช้พอลิเมอร์ก่อนที่จะถูกเคลือบด้วยชั้นบนบางของโคบอลต์ โคบอลต์ทำให้รoboตขนาดเล็กมีความสามารถในการกลายเป็นแม่เหล็กขนาดเล็ก ในขณะที่คอยล์สร้างสนามแม่เหล็กเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ทำให้สามารถเคลื่อนอนุภาคได้อย่างแม่นยำในบ่อ nướcขนาด 1 เซนติเมตร

ตัวอย่างที่น่าประทับใจคือเมื่อรoboตขนาดเล็กสร้างเป็นเส้นตรง ซึ่งนักวิจัยสามารถเคลื่อนย้ายไปมาเพื่อ “เขียน” ตัวอักษรในน้ำ

การพัฒนารoboตขนาดเล็กได้รับอิทธิพลจากพฤติกรรมและรูปแบบของฝูงในธรรมชาติ เช่น ฝูงนก การนำพฤติกรรมของฝูงมาใช้ใน roboตได้รับความนิยมอย่างมากในขณะนี้

อย่างไรก็ตาม เมื่ออนุภาคเดี่ยวมีขนาดเล็กเกินกว่าที่จะคำนวณ หรือ robot มีขนาด 300 ไมโครเมตร ก็ไม่สามารถเขียนโปรแกรมได้ เพื่อชดเชยสิ่งนี้ นักวิจัยต้องอาศัยสามแรงที่แตกต่างกัน

แรงแรกคือแรงแม่เหล็ก ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแม่เหล็กสองอันมีขั้วตรงกันข้ามดึงดูดหรือแม่เหล็กสองอันมีขั้วเหมือนกันผลักออกจากกัน

แรงที่สองคือสภาพแวดล้อมของของเหลว หรือน้ำที่อยู่รอบๆ อนุภาค ซึ่งสามารถเห็นได้เมื่ออนุภาคว่ายน้ำในน้ำที่หมุนรอบ ทำให้น้ำถูกดัดแปลงและเปลี่ยนแปลงอนุภาคที่อยู่รอบๆ ความเร็วของการหมุนและขนาดของแม่เหล็กกำหนดว่าอนุภาคจะโต้ตอบกันอย่างไร

แรงที่สามเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคสองอันลอยอยู่ข้างๆ กัน ซึ่งมักจะทำให้พวกมันลอยเข้าหากัน พื้นผิวของน้ำจะถูกบิดเบี้ยวให้พวกมันมาบรรจบกัน

การควบคุม roboต

นักวิจัยใช้สามแรงเหล่านี้เพื่อสร้างรูปแบบการเคลื่อนที่ที่สอดคล้องกันสำหรับ roboตขนาดเล็กหลายตัวเป็นระบบเดียว นักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุม roboตผ่านพาร์คัวร์โดยแสดงรูปแบบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับอุปสรรคที่กำหนด ตัวอย่างเช่น roboตขนาดเล็กจะเรียงกันเป็นแถวเพื่อผ่านช่องแคบ

roboตสามารถบรรลุหลายรูปแบบการเคลื่อนที่และรูปแบบต่างๆ ซึ่งสามารถทำได้โดยการคำนวณภายนอก อัลกอริทึมถูกเขียนเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่หมุนหรือสั่น ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ที่ต้องการของ roboต

Gaurav Gardi เป็นนักศึกษาระดับ博士ในภาควิชา Physical Intelligence ของ MPI-IS เขาเป็นหนึ่งในผู้เขียนนำของการศึกษาร่วมกับ Steven Ceron

“ขึ้นอยู่กับว่าเราจะเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กอย่างไร อนุภาคจะแสดงพฤติกรรมที่แตกต่างกัน” Gaurav Gardi กล่าว “เรากำลังปรับแรงหนึ่งแล้วอีกแรงหนึ่งจนกว่าเราจะได้การเคลื่อนที่ที่ต้องการ หากเราหมุนสนามแม่เหล็กภายในคอยล์อย่างรุนแรงเกินไป แรงที่ทำให้น้ำเคลื่อนที่จะแข็งแรงเกินไปและอนุภาคจะเคลื่อนออกจากกัน หากเราหมุนช้าเกินไป แรงที่ดึงอนุภาคเข้าหากันจะแข็งแรงเกินไป เราต้องหาสมดุลระหว่างสามแรง”

นักวิจัยในด้านนี้ยังพยายามที่จะทำให้รoboตขนาดเล็กเหล่านี้เล็กลง

“วิสัยทัศน์ของเราคือการพัฒนาระบบที่เล็กกว่าซึ่งประกอบด้วยอนุภาคขนาด 1 ไมโครเมตรเท่านั้น รoboตเหล่านี้สามารถเข้าไปในร่างกายมนุษย์และเคลื่อนที่ผ่านสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนเพื่อส่งมอบยา หรือกระตุ้นพื้นที่ที่ยากต่อการเข้าถึง” Gardi กล่าว

Metin Sitti เป็นผู้นำภาควิชา Physical Intelligence

“roboตที่มีการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมที่แข็งแกร่งระหว่างการเคลื่อนที่เป็นเรื่องที่หายาก อย่างไรก็ตาม ระบบที่มีความสามารถดังกล่าวเป็นประโยชน์ในการทำงานในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน เรารู้สึกยินดีที่เราสามารถพัฒนารoboตที่มีความสามารถดังกล่าวได้ เรามองว่าการวิจัยของเราคือแบบจำลองสำหรับการใช้งานทางชีวการแพทย์ในอนาคต การรักษาที่ไม่รุกราน หรือการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อม” Metin Sitti กล่าว