นักวิจัยพัฒนาโรบอตซอฟต์ขับเคลื่อนด้วยน้ำที่ได้รับแรงบันดาลใจจากหอยเม่น

ทีมนักวิจัยจากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลของ POSTECH ได้พัฒนาแอคชูเอเตอร์ซอฟต์ที่ขับเคลื่อนด้วยน้ำและสามารถทำงานได้ด้วยตนเอง และมีความเร็วและความแข็งแรงมากกว่าแอคชูเอเตอร์ซอฟต์ทั่วไป ทีมนี้นำโดย Professor Dong Sung Kim, Dr. Andrew Choi และ Hyeonseok Han.

การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Journal of Materials Chemistry A.

MCT และหอยเม่น

การวิจัยนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากเนื้อเยื่อโคลลาเจนที่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปทรง (MCT) ของหอยเม่น ร่างกายของหอยเม่นประกอบด้วย MCT ซึ่งช่วยให้สามารถแข็งหรืออ่อนตามสภาพแวดล้อมได้ โมดูลัสของหอยเม่นสามารถเปลี่ยนแปลงได้ถึง 10 เท่าในเวลาเพียงไม่กี่วินาที และสิ่งนี้ช่วยให้หอยเม่นสามารถผ่านช่องแคบหรือพองตัวเพื่อข่มขู่ศัตรูได้ หอยเม่นสามารถทำได้โดยการก่อตัวหรือทำลายพันธะไฮโดรเจนในเนื้อเยื่อโคลลาเจนโดยการควบคุมสารเคมี

แอคชูเอเตอร์แบบเดิมมีความแข็งและสามารถเปลี่ยนแปลงรูปทรงได้โดยใช้สัญญาณไฟฟ้าคล้ายกับมอเตอร์หรือสวิตช์ แอคชูเอเตอร์ซอฟต์บางชนิดสามารถตอบสนองต่อน้ำและใช้น้ำเป็นแหล่งพลังงาน สำหรับโรบอตซอฟต์ที่ต้องการความสามารถในการเคลื่อนไหวอย่างอิสระ แอคชูเอเตอร์ซอฟต์สามารถช่วยได้ อย่างไรก็ตาม แอคชูเอเตอร์ซอฟต์ที่มีอยู่ในปัจจุบันมักจะอ่อนและช้า ทำให้ไม่สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เหนือกว่าแอคชูเอเตอร์ซอฟต์ทั่วไป

นักวิจัยได้รับแรงบันดาลใจจาก MCT ของหอยเม่น ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงรูปทรงได้อย่างอิสระโดยการทำปฏิกิริยากับน้ำ จากนั้นพวกเขาจึงพัฒนาแอคชูเอเตอร์ที่สามารถเขียนโปรแกรมได้และอาศัยโพลีเมอร์ไฮโดรเจล PNIPAAm ที่มีความยืดหยุ่นสูง แอคชูเอเตอร์นี้แสดงให้เห็นถึงการทำงานที่เร็วกว่าและแข็งแรงกว่าแอคชูเอเตอร์ซอฟต์ทั่วไปที่ใช้น้ำเป็นแหล่งพลังงานถึง 200 เท่า และเร็วกว่า 300 เท่า แอคชูเอเตอร์นี้สามารถใช้น้ำเป็นแหล่งพลังงานได้แม้ว่าน้ำจะมีอุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส

จากการทดสอบต่างๆ แอคชูเอเตอร์นี้แสดงให้เห็นว่ามีความแข็งแรงพอที่จะฟื้นตัวกลับสู่รูปทรงเดิมเมื่อถูกยืดตัวถึง 300%

ตามทีมวิจัย แอคชูเอเตอร์นี้สามารถใช้งานในหลายภาคส่วน รวมถึงภาคอุตสาหกรรมและชีวเวชศาสตร์ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการสร้างหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่มีกริปเปอร์ทำงานเหมือนแขนของมนุษย์และยกสิ่งของ หุ่นยนต์ชนิดนี้ยังสามารถปิดบาดแผลและทำงานเหมือนนิ้วเทียม

“โรบอตซอฟต์นี้ทำงานเมื่อมันสัมผัสกับความชื้นและยืดหยุ่นได้ง่ายเพื่อปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมต่างๆ” Professor Dong Sung Kim อธิบาย “แอคชูเอเตอร์ไฮโดรเจลที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้มีพลังมากและสามารถทำงานได้อย่างรวดเร็วเพื่อให้สามารถทำงานได้แม้ในพื้นที่ที่ไม่มีไฟฟ้าโดยใช้พลังงานเคมี”

การวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากโปรแกรมวิจัยระดับกลางอาชีพและโปรแกรมพัฒนาทางชีวเวชศาสตร์ระดับแกนกลางที่ได้รับทุนจากกระทรวงวิทยาศาสตร์และ ICT และมูลนิธิวิจัยแห่งชาติของเกาหลี และโครงการ Alchemist ที่ได้รับทุนจากกระทรวงพาณิชย์ อุตสาหกรรมและพลังงาน