“ถ้วยดูด” เลียนแบบปากปลา ยกของหนักกว่าตัวเองได้ 850 เท่า

ทีมนักวิจัยมหาวิทยาลัยปักกิ่ง (Peking University) จากประเทศจีน ได้พัฒนาเทคโนโลยี “ถ้วยดูด” (Suction Cup) ที่มีน้ำหนักเพียง 70 กรัม แต่สามารถยกวัตถุที่หนักกว่า 850 เท่าของน้ำหนักตัวเองได้ เลียนแบบกลไกการยึดเกาะของปาก ปลาแลมเพรย์ (Lamprey) ปลาที่สามารถใช้ปากเกาะดูดบนตัวสัตว์ทะเลขนาดใหญ่ เช่น วาฬหรือฉลาม ได้อย่างแน่นหนา แม้จะว่ายน้ำด้วยความเร็วสูง

การยึดเกาะของปลาแลมเพรย์

ปลาแลมเพรย์หรือปลาแวมไพร์ มีโครงสร้างพิเศษที่เรียกว่า Oral Disc หรือแผ่นปากดูด ซึ่งช่วยให้สามารถยึดเกาะกับสัตว์ต่าง ๆ ได้อย่างมั่นคง ประกอบขึ้นด้วยองค์ประกอบหลัก 2 ส่วน ได้แก่ ขอบปากนุ่ม (Soft Lip) ทำหน้าที่สร้างซีลปิดสนิท ป้องกันอากาศและน้ำรั่ว และวงแหวนฟันเล็ก ๆ ที่ช่วยเกี่ยวเข้ากับพื้นผิวของสัตว์ตัวอื่น การทำงานร่วมกันของสองส่วนนี้ทำให้ปลาแลมเพรย์ สามารถเกาะติดได้แม้ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงกระแสน้ำสูง

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยปักกิ่ง (Peking University) ได้สร้างอุปกรณ์ที่เลียนแบบโครงสร้างปากของปลาแลมเพรย์ชนิด Far Eastern brook lamprey ซึ่งเป็นปลาแลมเพรย์น้ำจืดที่พบในจีน ญี่ปุ่น และรัสเซีย อุปกรณ์ถูกออกแบบให้มีลักษณะเป็นแผ่นกลม โดยมีส่วนประกอบสำคัญ ได้แก่ ขอบซิลิโคน (Silicone Lip) สำหรับสร้างสุญญากาศเหมือนถ้วยดูด และแกนกลางพิเศษ ที่ทำจากวัสดุ Shape Memory Polymer (SMP) พอลิเมอร์ชนิดพิเศษที่สามารถ เปลี่ยนรูปแล้วกลับคืนสู่รูปร่างเดิมได้เมื่อได้รับสิ่งกระตุ้นบางอย่าง ซึ่งในตัวถ้วยดูดนี้ จะสามารถเปลี่ยนความแข็งได้ตามอุณหภูมิ

เมื่อกดถ้วยดูดลงบนพื้นผิวต่าง ๆ ขอบซิลิโคนจะสร้างสุญญากาศขึ้นมาในทันที ฮีตเตอร์ภายในจะทำให้แกนกลางพิเศษ SMP อุ่นขึ้นประมาณ 33 องศา และทำให้วัสดุอ่อนตัวลงจนเหมือนยาง เมื่อวัสดุอ่อนตัว มันจะถูกแรงดูดดึงเข้าไปในร่องหรือรูเล็ก ๆ บนพื้นผิว เมื่อปิดฮีตเตอร์ ถ้วยดูดจะกลับมาแข็งตัวและล็อกตัวเองเข้ากับพื้นผิว ด้วยกลไกนี้ อุปกรณ์สามารถยึดติดได้อย่างมั่นคง แม้ว่าสุญญากาศจะหลุดออกมาบางส่วนก็ตาม

ผลการทดลองและเป้าหมาย

จากการทดสอบตัวถ้วยดูดในห้องทดลอง พบว่าแม้ตัวอุปกรณ์จะมีน้ำหนักเพียง 70 กรัม เท่านั้น แต่สามารถสร้างแรงยึดเกาะเพื่อยกวัตถุที่หนักกว่าตัวเองได้มากกว่า 850 เท่าของน้ำหนักตัว สามารถนำมาใช้งานได้ทั้งบนบกและใต้น้ำ

นอกจากนี้ อุปกรณ์ยังสามารถยึดติดกับพื้นผิวหลากหลายประเภท เช่น โต๊ะ ประแจ อิฐ และเปลือกหอย จุดเด่นสำคัญคือมันสามารถเกาะติดพื้นผิวที่ขรุขระ มีรูพรุน หรือมีรูปทรงไม่สม่ำเสมอได้ด้วย ซึ่งเป็นข้อจำกัดของถ้วยดูดแบบทั่วไป

ทีมนักวิจัยมองว่าเทคโนโลยีนี้มีศักยภาพสูงในการนำไปใช้กับหุ่นยนต์และงานวิศวกรรมในหลากหลายด้าน เช่น ใช้กับหุ่นยนต์สำรวจทรัพยากรใต้ทะเลลึก การซ่อมบำรุงโครงสร้างทางทะเล หุ่นยนต์กู้ภัยในพื้นที่น้ำท่วมหรือพื้นที่อันตราย ไปจนถึงระบบหุ่นยนต์ที่สามารถทำงานได้ทั้งบนบกและใต้น้ำ ด้วยความสามารถในการยึดเกาะพื้นผิวได้หลากหลาย เทคโนโลยีนี้อาจกลายเป็นองค์ประกอบสำคัญของหุ่นยนต์ยุคใหม่

งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ Cyborg and Bionic Systems ซึ่งเน้นงานวิจัยด้านเทคโนโลยีหุ่นยนต์และระบบชีวเลียนแบบโดยเฉพาะ : Cyborg and Bionic Systems

แหล่งที่มา: EurekAlert