นักวิจัยพัฒนา “โฟมกล้ามเนื้อ” พลิกโฉมการเคลื่อนไหวหุ่นยนต์

วิศวกรจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส โลซาน หรือ อีพีเอฟแอล (EPFL) ในสวิตเซอร์แลนด์ พัฒนาโครงสร้างตาข่ายโฟมที่สามารถตั้งโปรแกรมได้ ทำให้สามารถสั่งปรับความนุ่ม-แข็ง หรือเปลี่ยนรูปทรงและทิศทางของโครงสร้างตาข่ายโฟม นำไปสู่การทำหน้าที่คล้าย “กล้ามเนื้อ” ของหุ่นยนต์ ที่สามารถงอ บิด และรับน้ำหนักได้อย่างแม่นยำขึ้น

แรงบันดาลใจในการพัฒนามาจาก "ช้าง"

โครงสร้างตาข่ายโฟมนี้ ได้รับแรงบันดาลใจจากระบบกล้ามเนื้อและโครงกระดูกของสัตว์ และเพื่อแสดงให้เห็นถึงการทำงานของมัน นักวิจัยจึงได้สร้างออกมาเป็นชิ้นส่วนของหุ่นยนต์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจาก “ช้าง” ซึ่งสามารถเคลื่อนไหวได้เหมือนจริง ทั้งลำตัวที่บิดงอได้ และข้อต่อขา

"โฟมกล้ามเนื้อ" ที่เคลื่อนไหวได้ง่ายขึ้น

นวัตกรรมโครงสร้างตาข่ายโฟมที่ว่า เป็นผลงานของทีมวิจัยจาก ห้องปฏิบัติการออกแบบและผลิตหุ่นยนต์ด้วยคอมพิวเตอร์ (CREATE) ของ EPFL โดยเลือกใช้วัสดุโฟมธรรมดา แต่แทนที่จะเป็นเนื้อโฟมตัน ๆ มันจะถูกแบ่งเป็นช่องเล็ก ๆ หรือที่เรียกว่า "เซลล์" 

"เซลล์" แต่ละอัน สามารถเปลี่ยนรูปร่างและจัดเรียงตัวใหม่ได้เหมือนกับการบิดตัวของเส้นใยกล้ามเนื้อ ทำให้โฟมทั้งก้อนสามารถบิด งอ หรือแข็งขึ้นมาได้ในบางจุด นักวิจัยสามารถสั่งให้แต่ละเซลล์มีความแข็งหรือนุ่มต่างกันได้ ทำให้โฟมชิ้นเดียวมีส่วนที่แข็งเหมือนกระดูก และส่วนที่นุ่มเหมือนกล้ามเนื้อ

โครงสร้างภายในของ "โฟมกล้ามเนื้อ"

ทีมวิศวกรได้สร้างเซลล์หลักสองประเภท ได้แก่ body-centered cubic (BCC) และ X-cube ซึ่งแต่ละประเภทมีความแข็งและคุณสมบัติการเปลี่ยนรูปที่แตกต่างกัน นำมาประกอบเป็นตัวอย่างของข้อต่อหลายประเภทในหุ่นยนต์ช้าง ทั้งข้อต่อแบบเลื่อน สำหรับกระดูกเท้า, ข้อต่อแบบงอ สำหรับหัวเข่า และข้อต่อแบบสองแกนที่ซับซ้อน สำหรับการเคลื่อนไหวของนิ้วเท้า

โครงสร้างตาข่ายโฟมของหุ่นยนต์ที่พัฒนาขึ้นนี้ ช่วยเปิดประตูสู่ความเป็นไปได้ใหม่ ๆ สำหรับนวัตกรรมหุ่นยนต์ ที่เคลื่อนไหวได้อย่างเป็นธรรมชาติมากขึ้น น้ำหนักเบาแต่แข็งแรง และใช้งานได้หลากหลาย เช่นการใส่เซ็นเซอร์เข้าไปข้างในโครงสร้างโฟม เพื่อเพิ่มความฉลาดให้หุ่นยนต์ได้ด้วย