ผึ้งหุ่นยนต์: นักวิจัยพัฒนาหุ่นยนต์บินที่เคลื่อนที่ได้ทุกทิศทาง

เป็นครั้งแรกของโลก นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐวอชิงตัน (WSU) ได้ออกแบบผึ้งหุ่นยนต์ที่มีชื่อว่า Bee++ ซึ่งสามารถบินได้อย่างมั่นคงในทิศทางทุกด้าน รวมถึงการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อน เช่น การหมุนรอบตัว (yaw) การพัฒนานี้เป็นผลจากการผสมผสานระหว่างการออกแบบที่สร้างสรรค์และอัลกอริธึมการควบคุมที่ซับซ้อน และมีศักยภาพในการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การผสมเกสรเทียม การติดตามสิ่งแวดล้อม ไปจนถึงการค้นหาและช่วยเหลือ

ตัวต้นแบบ Bee++ ซึ่งประกอบด้วยปีกคาร์บอนไฟเบอร์และไมลาร์ 4 ชิ้น และแอคชูเอเตอร์ 4 ชิ้น ที่ควบคุมปีกแต่ละชิ้น เป็นตัวอย่างที่สำคัญของความก้าวหน้าในด้านโรบอต ตัวต้นแบบนี้เป็นครั้งแรกที่สามารถเคลื่อนไหวได้ การเคลื่อนไหวหกองศาอิสระที่พบในแมลงบิน ทีมวิจัยที่นำโดย Néstor O. Pérez-Arancibia รองศาสตราจารย์ประจำตำแหน่ง Flaherty ในคณะวิศวกรรมเครื่องกลและวัสดุของ WSU ได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัยใน IEEE Transactions on Robotics และนำเสนอผลงานที่การประชุมสัมมนา IEEE International Conference on Robotics and Automation

“นักวิจัยได้พยายามพัฒนาแมลงบินเทียมมาเกิน 30 ปี” Pérez-Arancibia กล่าว การสร้างโรบอตขนาดเล็กเหล่านี้ต้องการไม่เพียงแต่การออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์ แต่ยังต้องพัฒนาตัวควบคุมขั้นสูงที่เลียนแบบการทำงานของสมองแมลงอีกด้วย “เป็นการผสมผสานระหว่างการออกแบบโรบอตและการควบคุม” เขาเสริมว่า การสร้าง ‘สมองเทียม’ สำหรับโรบอตเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญ

การเอาชนะข้อจำกัดหลายประการ

ทีมวิจัยของ WSU ได้สร้างผึ้งหุ่นยนต์สองปีกเป็นตัวต้นแบบครั้งแรก แต่มันถูกจำกัดในด้านการเคลื่อนไหว เพื่อเอาชนะข้อจำกัดนี้ Pérez-Arancibia และนักศึกษาระดับปริญญาเอกของเขาได้สร้างโรบอตสี่ปีกที่มีน้ำหนักเบาเพียงพอในการบินในปี 2019 หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนไหวซับซ้อน เช่น การก้มเงยและการเอียงรอบแกนลำตัว ด้วยการกระพือปีกในรูปแบบต่างๆ

การบูรณาการการควบคุมการหมุนรอบตัว (yaw) เป็นเรื่องที่ท้าทาย “หากคุณไม่สามารถควบคุมการหมุนรอบตัว คุณจะถูกจำกัดมาก” Pérez-Arancibia กล่าว โดยอธิบายว่าหากไม่มีการควบคุมการหมุนรอบตัว หุ่นยนต์จะหมุนอย่างควบคุมไม่ได้ สูญเสียทิศทาง และตก เขาเน้นย้ำว่าการเคลื่อนไหวครบทุกองศาอิสระเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการบินหลบหลีกหรือติดตามวัตถุ

โดยการรับแรงบันดาลใจจากแมลง ทีมวิจัยได้แนะนำการออกแบบที่ปีกกระพือในระนาบเอียง การเพิ่มความถี่การกระพือปีกจาก 100 ถึง 160 ครั้งต่อวินาที “ส่วนหนึ่งของวิธีแก้ปัญหาเป็นการออกแบบทางกายภาพของโรบอต และเรายังได้คิดค้นการออกแบบใหม่สำหรับเครื่องควบคุม — สมองเทียมที่บอกโรบอตว่าควรทำอะไร” เขาเสริม

ด้วยน้ำหนัก 95 มก. และระยะกางปีก 33 มม. โรบอต Bee++ มีขนาดใหญ่กว่าผึ้งจริงและสามารถบินได้โดยอัตโนมัติประมาณ 5 นาทีต่อครั้ง แต่ข้อจำกัดเหล่านี้ไม่ได้ทำให้ทีมวิจัยเสียใจ พวกเขากำลังพัฒนาหุ่นยนต์แมลงประเภทอื่นๆ รวมถึงโรบอตที่สามารถเดินและวิ่งบนผิวน้ำ

การสร้าง Bee++ ซึ่งเป็นตัวอย่างของการนำแนวคิดจากธรรมชาติมาใช้ในการออกแบบและนวัตกรรม ได้รับการสนับสนุนจากองค์กรต่างๆ รวมถึง National Science Foundation, DARPA, มูลนิธิ WSU และ Palouse Club ผ่านโปรแกรม Cougar Cage ของ WSU ด้วยการทำงานเชิงบุกเบิกนี้ อนาคตของโรบอตดูสดใสและมีศักยภาพในการพัฒนาที่ยิ่งใหญ่กว่านี้