นักวิจัยพัฒนาแมลงหุ่นยนต์นุ่มด้วยกล้ามเนื้อเทียม

นักวิจัยที่ โรงเรียนวิศวกรรมของ EPFL ได้พัฒนาหุ่นยนต์แมลงชนิดอ่อนที่มีกล้ามเนื้อเทียมและขับเคลื่อนด้วยความเร็ว 3 ซม. ต่อวินาที 

ความก้าวหน้าล่าสุดทั้งในด้านปัญญาประดิษฐ์ (AI) และวิทยาการหุ่นยนต์ทำให้เราเข้าใกล้โลกที่ไม่สามารถคาดเดาได้ เป็นโลกที่มีสิ่งต่างๆ เช่น ฝูงแมลงหุ่นยนต์ 

ทีมงานได้พัฒนาแมลงหุ่นยนต์แบบอ่อนสองรุ่นที่เรียกว่า DEAnsect ตัวแรกถูกล่ามโดยใช้ลวดที่บางเฉียบ และมีความแข็งแรงมาก มันสามารถพับได้และยังสามารถเคลื่อนที่ต่อไปได้หลังจากโดนแมลงวันต่อยหรือรองเท้าพัง 

โมเดลที่สองที่นักวิจัยพัฒนาขึ้นคือโมเดลที่ไม่มีการผูกมัด ไร้สายอย่างสมบูรณ์และเป็นอิสระ และมีน้ำหนักน้อยกว่า 1 กรัม แม้จะแบกแบตเตอรี่และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดไว้ที่ด้านหลัง สำหรับสมองของแมลงหุ่นยนต์อัจฉริยะมีไมโครคอนโทรลเลอร์ และดวงตาเป็นโฟโตไดโอด สิ่งนี้ทำให้สามารถระบุรูปแบบขาวดำได้ และ DEAnsect สามารถติดตามเส้นที่ลากบนพื้นได้

DEAnsect เป็นผลงานของทีมงานที่ Soft Transducers Laboratory (LMTS) ของ EPFL พวกเขาทำงานร่วมกับ Integrated Actuators Laboratory (LAI) และเพื่อนร่วมงานจาก
มหาวิทยาลัยแซร์กี-ปองตัวส์ ประเทศฝรั่งเศส งานวิจัยเพิ่งตีพิมพ์ใน วิทยาการหุ่นยนต์.

DEAnsect มีอิเล็กทริกอีลาสโตเมอร์แอคทูเอเตอร์หรือดีอีเอ พวกมันเป็นกล้ามเนื้อเทียมประเภทหนึ่งที่บางราวกับเส้นผมมนุษย์ และมันจะขับเคลื่อนแมลงไปข้างหน้าโดยใช้แรงสั่นสะเทือน DEAs เป็นสิ่งที่ทำให้หุ่นยนต์แมลงที่อ่อนนุ่มนั้นเบาและสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็ว ดีอีเอยังช่วยให้หุ่นยนต์แมลงเคลื่อนที่ได้คล่องตัวในสภาพแวดล้อมต่างๆ รวมถึงพื้นผิวที่เป็นลูกคลื่น

กล้ามเนื้อเทียมประกอบด้วยเยื่ออีลาสโตเมอร์ซึ่งอยู่ระหว่างขั้วไฟฟ้าอ่อนสองขั้ว เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า อิเล็กโทรดจะติดเข้าด้วยกัน และเมมเบรนจะถูกบีบอัด จากนั้นเมมเบรนจะกลับคืนสู่รูปร่างเดิมเมื่อปิดแรงดันไฟฟ้า 

ขาทั้งสามของแมลงหุ่นยนต์นุ่มแต่ละขามีกล้ามเนื้อที่พอดีกับพวกมัน การเคลื่อนไหวเกิดขึ้นจากการเปิดและปิดแรงดันไฟฟ้า แต่จะต้องทำอย่างรวดเร็ว อัตราที่แท้จริงคือ 400 ครั้งต่อวินาทีเพื่อขับเคลื่อนแมลงหุ่นยนต์ที่อ่อนนุ่ม

ทีมวิจัยใช้เทคนิคการผลิตแบบนาโนเพื่อให้กล้ามเนื้อเทียมสามารถทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำลงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาลดความหนาของเยื่ออีลาสโตเมอร์ พวกเขายังได้พัฒนาอิเล็กโทรดที่อ่อนนุ่มและเป็นตัวนำไฟฟ้าสูงที่มีความหนาเพียงไม่กี่โมเลกุล เนื่องจากการออกแบบนี้ นักวิจัยจึงสามารถลดขนาดของแหล่งพลังงานได้อย่างมาก

Herbert Shea เป็นผู้อำนวยการของ LMTS

“โดยทั่วไป DEA ทำงานที่ระดับหลายกิโลโวลต์ ซึ่งต้องใช้หน่วยจ่ายไฟขนาดใหญ่” Shea อธิบาย “การออกแบบของเราทำให้หุ่นยนต์ซึ่งมีน้ำหนักเพียง 0.2 กรัม สามารถแบกทุกสิ่งที่ต้องการไว้บนหลังได้ เทคนิคนี้เปิดโอกาสใหม่สำหรับการใช้ DEAs อย่างกว้างขวางในวิทยาการหุ่นยนต์ สำหรับฝูงแมลงหุ่นยนต์อัจฉริยะ การตรวจสอบหรือการซ่อมแซมระยะไกล หรือแม้กระทั่งเพื่อความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับอาณานิคมของแมลงด้วยการส่งหุ่นยนต์ไปอาศัยอยู่ท่ามกลางพวกมัน”

“ขณะนี้เรากำลังทำงานเวอร์ชันที่ไม่มีการเชื่อมโยงและนุ่มนวลทั้งหมดกับ Stanford University” Shea กล่าว “ในระยะยาว เราวางแผนที่จะติดตั้งเซ็นเซอร์และตัวปล่อยใหม่ให้กับแมลง เพื่อให้พวกมันสามารถสื่อสารกันได้โดยตรง”