วิศวกร “MIT” เผยโฉม “Bifur-circuits” นวัตกรรมวัสดุฉลาดเปลี่ยนรูปได้

ทีมวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ได้พัฒนาระบบส่วนประกอบแบบโมดูลาร์ชุดใหม่ ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้สามารถสร้างอุปกรณ์อัจฉริยะที่ปรับเปลี่ยนรูปร่างได้ โดยที่การเชื่อมต่อทางไฟฟ้ายังคงทำงานได้ต่อเนื่องไม่ว่าจะเปลี่ยนเป็นรูปทรงใดก็ตาม

ชิ้นส่วนโมดูลาร์ที่ปรับแต่งได้หลายรูปทรง

ชิ้นส่วนโมดูลาร์นี้มีชื่อเรียกว่า ไบเฟอร์ เซอคิทส์ (Bifur-circuits) อาศัยการเชื่อมต่อไฟฟ้าแบบโมดูลาร์ ช่วยให้นักออกแบบสร้างอุปกรณ์ตอบสนองที่รับรู้รูปร่างของตัวเองได้โดยไม่ต้องใช้สายไฟภายนอก สามารถนำไปใช้สร้างและพัฒนาต้นแบบอุปกรณ์อัจฉริยะได้อย่างรวดเร็ว เช่น มือจับหุ่นยนต์ที่ปรับรูปทรงได้ตามการใช้งาน โดยไม่เสียการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า

ชิ้นส่วนสร้างจากเครื่องพิมพ์ 3 มิตินี้ ถือเป็นวัสดุโครงสร้างชนิดพิเศษที่เรียกว่า เมแคนนิคอล เมทา แมทีเรียล (Mechanical metamaterial) ซึ่งสามารถต่อกันได้หลากหลายรูปแบบมากกว่าโครงสร้างแบบเดิม 

สาธิตด้วยตัวอย่างเฟอร์นิเจอร์และอุปกรณ์รอบตัว

ในงานวิจัยนี้ ทีมงานได้สาธิตวัตถุโต้ตอบหลายชิ้น เช่น เก้าอี้ที่แปลงร่างเป็นโต๊ะพร้อมที่เก็บของ หรือพับแบนเพื่อเก็บได้ โดยโครงสร้างจะรับรู้การเปลี่ยนรูปและส่งข้อความไปแสดงบนหน้าจอ นอกจากนี้ยังสามารถนำไปทำเสาอากาศสื่อสารที่เปลี่ยนรูปทรงเพื่อปรับความถี่ตามสภาพแวดล้อมได้โดยไม่ต้องพึ่งชิ้นส่วนทางกลที่เทอะทะ

โดยหลักการพัฒนา ทีมวิจัยได้แก้ข้อจำกัดเดิมที่เคยใช้ เมทาแมทีเรียล (Metamaterial) แบบออเซทิก (Auxetic) ที่จะขยายกว้างขึ้นเมื่อถูกดึง ซึ่งปรับได้เพียง 3 รูปแบบ ทีมงานจึงพัฒนา ไบเฟอร์ เซอคิทส์ (Bifur-circuits)  ขึ้นมาเพื่อให้ปรับรูปร่างได้หลากหลายขึ้นตามการต่อและหมุนชิ้นส่วน

การทำงานของมัน จะอาศัยหลักการทางกลศาสตร์ที่เรียกว่า แมเคนิเคิล ไบเฟอร์เคชัน (Mechanical Bifurcation) หรือการเปลี่ยนพฤติกรรมอย่างฉับพลันเมื่อแรงกระทำถึงจุดวิกฤต เหมือนการดัดไม้บรรทัดพลาสติกจนกระทั่งมันโก่งงอ โดยสำหรับโมดูลนี้ ปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้นเมื่อหมุนชิ้นส่วนรอบจุดหมุน (Pivot point) ทำให้เกิดโครงสร้างที่มั่นคงยิ่งขึ้น และการเพิ่มชิ้นส่วนเพียงชิ้นเดียวจะเพิ่มรูปแบบการปรับทรงได้แบบทวีคูณ

วัสดุนำไฟฟ้าที่ไม่ขาดจากกันแม้ปรับแต่งทิศทาง

ทีมงานยังได้ฝังวัสดุนำไฟฟ้าที่ยืดหยุ่นไว้ภายใน เมื่อหมุนหรือบิด ชิ้นส่วนจะเปิดวงจรเฉพาะตัวระหว่างชิ้นที่ติดกัน ทำให้สื่อสารและรับรู้รูปร่างตัวเองได้ ซึ่งในการทดสอบบีบอัดมากกว่า 10,000 ครั้ง พบว่าการนำไฟฟ้าก็ยังคงสมบูรณ์ ไม่เสื่อมสภาพ

นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังได้พัฒนาซอฟต์แวร์ช่วยออกแบบและจำลองโครงสร้าง เพื่อสั่งงานเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบหลายวัสดุให้พิมพ์ออกมาได้ในขั้นตอนเดียว โดยได้สาธิตจริงกับทั้งเก้าอี้ปรับเป็นโต๊ะชา และ คอนโทรลเลอร์เปลี่ยนรูปทรงที่สามารถเลือกเปิดเกมต่าง ๆ ตามรูปร่างของมันได้

ในอนาคต ไบเฟอร์ เซอคิทส์ (Bifur-circuits) อาจถูกนำไปใช้ในเครื่องมือฟื้นฟูสมรรถภาพ มือจับหุ่นยนต์นิ่ม หรือที่พักอาศัยชั่วคราวที่ปรับตัวตามสภาพแวดล้อมหลังภัยธรรมชาติ โดยทีมงานตั้งเป้าจะพัฒนาโครงสร้างเหล่านี้ให้มีความฉลาดในตัว (Intrinsic intelligence) ที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นไป