หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ติดเจ็ตตัวแรกของโลก สำหรับบินปฏิบัติภารกิจ เตรียมทดลองในอิตาลี

นักวิทยาการหุ่นยนต์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งอิตาลี (IIT) กำลังพัฒนาและเตรียมทดลองบินหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ หรือ หุ่นยนต์คล้ายมนุษย์ ชื่อ ไอรอนคับ (iRonCub) เป็นหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ขับเคลื่อนด้วยไอพ่นตัวแรกของโลก คาดว่าในอนาคตอาจเป็นประโยชน์ในการใช้งานเฉพาะทาง เช่น เมื่อเกิดภัยพิบัติ ก็สามารถส่งหุ่นยนต์บินเข้าไปช่วยเหลือได้อย่างรวดเร็ว

หุ่นยนต์ iRonCub หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ติดเจ็ตตัวแรกของโลก

หุ่นยนต์ iRonCub สร้างขึ้นบนแพลตฟอร์มไอคับ (iCub) ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มวิจัยหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ที่พัฒนาโดย IIT ออกแบบมาเพื่อช่วยพัฒนาและทดสอบอัลกอริทึมปัญญาประดิษฐ์ หรือ AI ซึ่ง iCub มีองศาอิสระ (Degree of Freedom) หรือค่าที่บ่งบอกความสามารถในการเคลื่อนไหวในทิศทางต่าง ๆ ทั้งหมดอยู่ที่ 53 องศา โดยมือแต่ละข้างมีองศาอิสระข้างละ 9 องศา และองศาอิสระที่เหลือส่วนใหญ่อยู่บนลำตัวส่วนบน 

ตัวหุ่นยนต์มีผิวหนังห่อหุ้มทั้งตัว มีเซ็นเซอร์วัดแรง / แรงบิด กล้อง ไมโครโฟน ไจโรสโคป (อุปกรณ์ใช้ในการวัดหรือรักษาทิศทางและความเร็วเชิงมุม) เครื่องวัดความเร่ง และมีการเข้ารหัสในข้อต่อแต่ละข้อเพื่อวัดตำแหน่งหรือการเคลื่อนไหวของข้อต่อเหล่านั้นอย่างแม่นยำ ในการทดลองครั้งนี้ สร้างหุ่นยนต์ขึ้นมา 2 เวอร์ชัน คือ iRonCub v2.5 สร้างขึ้นบนแพลตฟอร์ม iCub v2.5 และอีกเวอร์ชันคือ iRonCub v3.0 สร้างขึ้นบนแพลตฟอร์ม iCub v3.0

ลักษณะภายนอกของหุ่นยนต์ iRonCub

ในหุ่นยนต์ iRonCub ทั้ง 2 เวอร์ชัน จะมีเครื่องยนต์เจ็ตตัวละ 4 เครื่อง ติดตั้งที่แขนข้างละเครื่อง และประกอบรวมกับเจ็ตแพ็คที่ด้านหลังของตัวหุ่นยนต์อีก 2 เครื่อง ทำให้หุ่นยนต์สามารถบินและปฏิบัติภารกิจขั้นสูงได้ สำหรับการเตรียมการทดลองบินครั้งนี้มุ่งเน้นไปที่ iRonCub เวอร์ชันที่ 3

โมเดลต้นแบบ iRonCub3 เป็นหุ่นยนต์คล้ายมนุษย์ที่มีความสูงประมาณ 125 เซนติเมตร หากติดตั้งเครื่องยนต์เจ็ตแบบสมบูรณ์จะมีน้ำหนักประมาณ 70 กิโลกรัม เครื่องยนต์ไอพ่นสามารถสร้างแรงขับสูงสุดมากกว่า 1,000 นิวตัน และอุณหภูมิของไอพ่นสูงเกิน 600 องศาเซลเซียส ได้รับการออกแบบมาพิเศษ คือมีการสร้างกระดูกสันหลังที่ทำมาจากไททาเนียม และเพิ่มฝาครอบทนความร้อน เพื่อปกป้องส่วนประกอบภายในไม่ให้ได้รับผลกระทบจากความร้อนของไอพ่น 

iRonCub3 ได้นำเส้นเอ็นที่ใช้เพื่อควบคุมการเคลื่อนไหวของข้อต่อออกไป และได้นำเซ็นเซอร์วัดแรง / แรงบิดรวมเข้ากับเจ็ตแพ็คด้านหลังด้วย นอกจากนี้ยังได้ออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และระบบควบคุมใหม่ที่ทำงานด้วยความถี่ที่สูงขึ้น ส่งผลให้หุ่นยนต์มีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นกว่ารุ่น iRonCub2

ความท้าทายและอัลกอริทึมควบคุม

ในการพัฒนาหุ่นยนต์ที่มีความสามารถบินได้ นับว่ามีความท้าทายอย่างมาก เช่น การป้องกันไม่ให้หุ่นยนต์เกิดไฟไหม้หรือระเบิด หรือการวางแผนเส้นทางการบิน การเดิน รวมถึงกระบวนการช่วงเปลี่ยนการเคลื่อนไหวดังกล่าว

สำหรับอัลกอริทึมวางแผนเส้นทางการบินของ iRonCub ได้รับการพัฒนาในภาษาโปรแกรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในวงการหุ่นยนต์อย่างไพธอน (Python) โดยใช้แนวทางที่เรียกว่า ไดเร็ค มัลติเปิล ชูตติ้ง แอปโพรช (Direct Multiple-Shooting Approach) ซึ่งเป็นเทคนิคการหาค่าที่เหมาะสมที่สุดเชิงตัวเลขที่ใช้ในการแก้ปัญหาระบบไดนามิกที่ซับซ้อน

ส่วนอัลกอริทึมสำหรับการควบคุมการบิน หรือก็คือการจัดท่าทางและตำแหน่งการบินต่าง ๆ ของหุ่นยนต์ใช้เทคนิคทางคณิตศาสตร์ที่ชื่อ คอนสเตรนด์ ควอเดรติก โปรแกรมมิง ออฟติไมเซชัน (Constrained Quadratic Programming (QP) optimization) เพื่อคำนวณปริมาณแรงขับของไอพ่นและการควบคุมอื่น ๆ ซึ่งนักวิจัยยืนยันว่า หากมีการเพิ่มปริมาณเครื่องยนต์เจ็ตก็สามารถปรับใช้กับเทคนิคนี้ได้

ทีมวิจัยกล่าวว่าการพัฒนาหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์บินได้นี้มีความท้าทายมากกว่าการพัฒนาหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์แบบเดิมมาก เนื่องจากถือว่ามีความซับซ้อนและหากเกิดผิดพลาดก็จะอันตรายมาก ดังนั้นจึงมีการวางแผนการทดลองมาอย่างดี และจะต้องปฏิบัติตามแผนอย่างเคร่งครัด

สำหรับการทดลองบิน จะจัดขึ้นในพื้นที่ที่ IIT พัฒนาขึ้นมาโดยเฉพาะ แต่ทั้งนี้ยังไม่ได้เปิดเผยวันที่ทดลองอย่างแน่ชัด ซึ่งก็ต้องติดตามกันต่อไป

ที่มาข้อมูล InterestingEngineering

ที่มารูปภาพ IIT's Youtube Channel