หุ่นยนต์จิ๋ว MIT ไร้มอเตอร์ ใช้เซลล์กล้ามเนื้อว่ายน้ำตามแสง

สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (Massachusetts Institute of Technology: MIT) สหรัฐอเมริกา เปิดตัวหุ่นยนต์ชีวภาพขนาดจิ๋วที่สามารถว่ายน้ำและเปลี่ยนทิศทางตามแสงได้ โดยไม่ต้องใช้มอเตอร์แบบหุ่นยนต์ทั่วไป แต่ใช้เซลล์กล้ามเนื้อมีชีวิตที่เพาะเลี้ยงอยู่บนโครงสร้างไฮโดรเจลบางเป็นตัวสร้างแรงขับเคลื่อน

ผลงานดังกล่าวได้รับการเปิดเผยเมื่อวันที่ 29 กันยายน 2026 โดยทีมวิศวกรของ MIT นำโดย ริตู รามัน (Ritu Raman) รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกล ร่วมกับ มาเฮรา บาวา (Maheera Bawa) และคณะ งานวิจัยตีพิมพ์ในวารสารแอดวานซ์ ฟังก์ชันนัล แมททีเรียลส์ (Advanced Functional Materials) และเป็นอีกก้าวของการพัฒนาไบโอไฮบริดโรบอต (Biohybrid Robot) ซึ่งนำเนื้อเยื่อมีชีวิตมาทำงานร่วมกับโครงสร้างที่มนุษย์สร้างขึ้น

⬛️ ใช้กล้ามเนื้อมีชีวิตแทนมอเตอร์

หัวใจของหุ่นยนต์ตัวนี้อยู่ที่การเปลี่ยนแนวคิดเรื่องระบบขับเคลื่อน แทนที่จะติดตั้งมอเตอร์ แบตเตอรี่ และวงจรควบคุมขนาดเล็ก ทีมวิจัยสร้างโครงร่างจากฟิล์มเจลาตินเมทาคริเลต (Gelatin Methacrylate: GelMA) ซึ่งเป็นวัสดุที่นิยมใช้ในงานวิศวกรรมเนื้อเยื่อ แล้วเพาะเซลล์กล้ามเนื้อมีชีวิตเป็นชั้นบางบนพื้นผิว

โครงสร้างถูกแบ่งออกเป็นครีบสองข้าง แต่ละด้านมีชั้นเซลล์กล้ามเนื้อที่บางกว่าเส้นผมมนุษย์ เซลล์ได้รับการดัดแปลงให้ตอบสนองต่อแสง เมื่อฉายแสงไปยังครีบด้านใด เซลล์กล้ามเนื้อด้านนั้นจะหดตัวและทำให้ครีบโบกสร้างแรงผลักกับน้ำ หากควบคุมจังหวะการฉายแสงสลับระหว่างครีบทั้งสอง นักวิจัยสามารถบังคับให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปข้างหน้า เลี้ยว หรือเปลี่ยนความเร็วได้

MIT นำหุ่นยนต์ไปทดสอบภายในจานทดลองขนาดใหญ่ที่มีน้ำและเขาวงกตอย่างง่าย จากนั้นนักวิจัยใช้แหล่งกำเนิดแสงเคลื่อนนำทาง หุ่นยนต์สามารถติดตามแสงและใช้ครีบว่ายผ่านเส้นทางที่กำหนดได้ แสดงให้เห็นว่ากล้ามเนื้อเพียงชั้นเดียวสามารถสร้างแรงมากพอสำหรับการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ในน้ำได้จริง

⬛️ บางเพียง 0.5 มิลลิเมตร แต่สร้างแรงขับเคลื่อนได้

จุดเด่นอีกด้าน คือ ความบางของโครงสร้าง ทีมวิจัยพบว่าฟิล์ม GelMA หนาประมาณ 0.5 มิลลิเมตร สามารถรองรับกล้ามเนื้อชั้นเดียวได้ดี ขณะเดียวกันยังเบาพอให้แรงหดตัวของเซลล์ทำให้โครงสร้างเคลื่อนไหวได้ โดยไม่ทำให้เซลล์หลุดออกจากพื้นผิว

แตกต่างจากหุ่นยนต์ชีวภาพจำนวนมากในอดีต ซึ่งมักใช้เนื้อเยื่อกล้ามเนื้อสามมิติเป็นก้อนและต้องใช้เซลล์หลายล้านเซลล์ในการสร้าง การลดโครงสร้างลงเหลือกล้ามเนื้อชั้นบางจึงมีโอกาสช่วยลดจำนวนเซลล์ วัสดุ และต้นทุนในการผลิต พร้อมเปิดทางให้สร้างหุ่นยนต์ชีวภาพที่บางและเบากว่าเดิม

นักวิจัย MIT ระบุว่านี่เป็นตัวอย่างแรกของหุ่นยนต์ขับเคลื่อนด้วยกล้ามเนื้อที่มีโครงสร้างสองมิติและบางมาก แต่ยังสามารถเคลื่อนที่จากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งได้ด้วยตัวมันเอง

⬛️ ออกแบบร่องบนเจล ช่วยให้กล้ามเนื้อออกแรงได้มากขึ้น

โดยกว่าจะสร้างหุ่นยนต์ที่ว่ายน้ำได้ ทีมของ Raman ต้องแก้ปัญหาสำคัญจากงานรุ่นก่อนหน้า เดิมนักวิจัยใช้ไฟบริน (Fibrin) ซึ่งเป็นเจลที่นิ่มมากสำหรับเพาะกล้ามเนื้อ แต่เมื่อเซลล์หดตัว แรงจากกล้ามเนื้อสามารถทำให้เจลหดและเสียรูป ส่งผลให้พลังงานจำนวนหนึ่งไม่ได้ถูกนำไปใช้สร้างการเคลื่อนไหว

ทีมจึงเปลี่ยนมาใช้ GelMA ซึ่งเป็นวัสดุประเภทไฮโดรเจล (Hydrogel) ที่พัฒนามาจากเจลาติน และทดลองปรับทั้งความแข็ง ความหนา รวมถึงรูปร่างของร่องบนพื้นผิว จนพบว่าร่องที่มีหน้าตัดค่อนข้างเป็นสี่เหลี่ยมช่วยให้เซลล์เรียงตัวไปในทิศทางเดียวกันได้ดี เมื่อเซลล์รวมตัวเป็นเส้นใยกล้ามเนื้อ แรงหดตัวจึงเกิดขึ้นอย่างเป็นระบบและส่งผ่านไปยังครีบได้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ทีมไม่ได้เพียงสร้างกล้ามเนื้อให้แข็งแรงขึ้น แต่ยังออกแบบพื้นผิวที่บังคับให้เซลล์กล้ามเนื้อเรียงตัวในทิศทางที่ต้องการ เพื่อให้แรงจากเซลล์จำนวนมากทำงานร่วมกันแทนที่จะดึงไปคนละทิศทาง

⬛️ ฝึกกล้ามเนื้อด้วยแสง ก่อนนำไปว่ายน้ำ

สิ่งที่น่าสนใจอีกประการคือเซลล์กล้ามเนื้อสามารถฝึกให้แข็งแรงขึ้นได้ ทีมวิจัยใช้แสงกระตุ้นกล้ามเนื้อประมาณ 15 นาทีต่อวัน ที่ความถี่ 2 ครั้งต่อวินาที เปรียบเสมือนการออกกำลังกายให้เนื้อเยื่อในห้องทดลอง

ผลการทดลองพบว่า กล้ามเนื้อที่ผ่านการฝึกสามารถทำให้ครีบเคลื่อนที่ได้มากกว่ากลุ่มที่ไม่ได้รับการกระตุ้นประมาณ 4 เท่า ขณะที่เนื้อเยื่อกล้ามเนื้อสามารถทำงานต่อเนื่องได้นานกว่า 30 วัน โดยไม่จำเป็นต้องยึดติดกับโครงสร้างภายนอกเพิ่มเติม

เมื่อรวมกล้ามเนื้อที่แข็งแรงขึ้นเข้ากับโครงสร้างเจลที่ได้รับการปรับแต่ง ทีมจึงสร้างหุ่นยนต์สองครีบที่สามารถควบคุมกล้ามเนื้อแต่ละด้านแยกจากกันได้ หากฉายแสงด้านเดียว ครีบด้านนั้นจะทำงาน แต่เมื่อฉายทั้งสองด้าน ครีบทั้งคู่จะโบกพร้อมกัน

⬛️ จุดเด่นอยู่ที่ความบางและเรียบง่าย

หุ่นยนต์ต้นแบบยังไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อทำความเร็ว โดยความเร็วสูงสุดที่ MIT รายงานอยู่ที่ประมาณ 4 เท่าของความยาวลำตัวต่อนาที ซึ่งยังช้ากว่าหุ่นยนต์ชีวภาพบางประเภทที่ใช้กล้ามเนื้อสามมิติขนาดใหญ่ แต่เป้าหมายของการทดลองครั้งนี้คือพิสูจน์ว่ากล้ามเนื้อเพียงชั้นเดียวสามารถสร้างแรงมากพอที่จะทำให้โครงสร้างบางเคลื่อนที่ผ่านน้ำได้

ทีมวิจัยจึงมองว่าจุดแข็งของเทคโนโลยีไม่ได้อยู่ที่ความเร็ว แต่เป็นการสร้างระบบขับเคลื่อนที่บาง ใช้เซลล์น้อย และไม่ต้องมีมอเตอร์แบบเดิมอยู่ภายในตัวหุ่นยนต์ ซึ่งอาจทำให้การผลิต Biohybrid Robot ในอนาคตง่ายและมีต้นทุนต่ำลง

อย่างไรก็ตาม หุ่นยนต์รุ่นปัจจุบันยังต้องอาศัย แหล่งกำเนิดแสงจากภายนอกในการบังคับทิศทาง นักวิจัยเป็นผู้เคลื่อนแสงเหนือจานทดลองเพื่อให้หุ่นยนต์ติดตาม ดังนั้นมันยังไม่ใช่หุ่นยนต์อัตโนมัติที่สามารถสำรวจสภาพแวดล้อมและตัดสินใจเส้นทางด้วยตัวเอง

⬛️ เป้าหมายต่อไป หุ่นยนต์นุ่มสำหรับพื้นที่เปราะบาง

ทีม MIT เตรียมปรับรูปร่างของตัวหุ่นยนต์และครีบเพื่อเพิ่มความเร็ว รวมถึงพัฒนาระบบกล้ามเนื้อให้ซับซ้อนขึ้น ในระยะยาวนักวิจัยมองถึง Biohybrid Robot ที่ใช้คุณสมบัติของเนื้อเยื่อมีชีวิต เช่น ความนุ่ม การตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม และความสามารถในการซ่อมแซมตัวเอง มาเป็นข้อได้เปรียบเหนือเครื่องจักรแบบแข็ง

หนึ่งในงานที่ทีมวิจัยมองเห็น คือ การตรวจสอบสภาพแวดล้อมทางน้ำ โดยเฉพาะบริเวณที่เปราะบางหรือไม่เหมาะกับหุ่นยนต์แบบเดิม เพราะหุ่นยนต์ที่สร้างจากวัสดุนุ่มและเนื้อเยื่อชีวภาพอาจลดความเสียหายจากการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมได้

งานวิจัยนี้จึงยังอยู่ในระดับต้นแบบห้องปฏิบัติการ และห่างจากการใช้งานจริงอีกหลายขั้น แต่แสดงให้เห็นแนวทางใหม่ของวิทยาการหุ่นยนต์ที่ไม่ได้พยายามสร้างเครื่องจักรให้เลียนแบบสิ่งมีชีวิตเพียงรูปลักษณ์ภายนอก หากนำ เซลล์ที่มีชีวิตมาเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องจักรโดยตรง ซึ่งในอนาคตอาจนำไปสู่หุ่นยนต์ขนาดเล็กที่เบา นุ่ม ใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ และทำงานในพื้นที่ที่หุ่นยนต์ทั่วไปเข้าถึงได้ยาก