Helios หุ่นยนต์ 4 แขนเพื่ออวกาศโดยเฉพาะ ผู้ช่วยนักบินอวกาศยุคใหม่ในสภาวะไร้น้ำหนัก

บริษัท ออร์บิต โรโบติกส์ (Orbit Robotics) สตาร์ตอัปด้านหุ่นยนต์อวกาศที่แยกตัวออกมาจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส ซูริก (ETH Zurich) เปิดตัว Helios หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์รุ่นใหม่ที่ได้รับการออกแบบขึ้นสำหรับการปฏิบัติงานในสภาวะไร้น้ำหนักโดยเฉพาะ แตกต่างจากหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ทั่วไปที่มักถูกพัฒนาขึ้นเพื่อใช้งานบนโลก 

จุดเด่นสำคัญของ Helios คือ การมีแขนถึง 4 ข้าง ซึ่งเป็นแนวคิดที่เกิดจากการตั้งคำถามว่า หากหุ่นยนต์ถูกสร้างขึ้นเพื่อทำงานในอวกาศ เหตุใดจึงต้องยึดติดกับรูปแบบร่างกายมนุษย์ที่ถูกออกแบบมาเพื่อใช้ชีวิตภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก ในสภาพแวดล้อมแบบไร้น้ำหนัก การเดิน การยืน หรือการทรงตัวแบบที่มนุษย์คุ้นเคยแทบไม่มีความหมาย สิ่งที่สำคัญกว่าคือความสามารถในการยึดเกาะพื้นผิว การเคลื่อนที่ผ่านพื้นที่แคบ และการรักษาสมดุลขณะปฏิบัติงาน

หุ่นยนต์ Helios จึงถูกออกแบบให้ใช้แขน 2 คู่ ทำงานร่วมกัน โดยแขนคู่แรกทำหน้าที่ยึดเกาะโครงสร้างภายในสถานีอวกาศหรือยานอวกาศ เพื่อสร้างจุดยึดที่มั่นคง ขณะที่แขนอีกคู่หนึ่งทำหน้าที่ปฏิบัติงานต่าง ๆ เช่น ขนย้ายสัมภาระ หยิบจับเครื่องมือ ซ่อมบำรุงอุปกรณ์ หรือจัดการชิ้นส่วนต่าง ๆ ภายในสถานีอวกาศ ความสามารถในการยึดเกาะและทำงานพร้อมกันเช่นนี้ถือเป็นข้อได้เปรียบสำคัญเหนือหุ่นยนต์ที่มีเพียงสองแขนและสองขา

หุ่นยนต์ Helios มีความสูงประมาณ 1.2 - 1.4 เมตร น้ำหนักบนโลกประมาณ 45 - 50 กิโลกรัม แขนแต่ละข้างมีความยาวประมาณ 70 - 80 เซนติเมตร เมื่อกางแขนคู่ขนานจะสามารถเอื้อมได้กว้างกว่า 1.5 เมตร ทำให้สามารถยึดเกาะผนังด้านหนึ่งในขณะที่เอื้อมไปหยิบจับอุปกรณ์อีกด้านหนึ่งได้อย่างสบาย แขนแต่ละข้างมีข้อต่ออิสระสูงถึง 6-7 แกน ทำให้รวมทั้งตัวหุ่นยนต์มีจุดขยับ (DoF) รวมกันไม่ต่ำกว่า 24-28 แกน

ระบบการเคลื่อนที่นำทางติดตั้งกล้อง Stereo Vision, เซนเซอร์ LiDAR ขนาดเล็ก และกล้องตรวจจับความลึก (Depth Cameras) บริเวณส่วนหัวและอก เพื่อสร้างแผนที่ 3 มิติของภายในสถานีอวกาศแบบ Real-time ติดตั้งแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเกรดอวกาศภายในลำตัว รองรับการทำงานต่อเนื่องได้ประมาณ 4 - 6 ชั่วโมง ต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง

กลไกการขับเคลื่อนที่ล้ำสมัย

1. ระบบขับเคลื่อนด้วยเส้นเอ็น (Tendon-driven system) แทนที่จะติดตั้งมอเตอร์ไว้ที่ทุกข้อต่อ Helios เลือกรวบรวมมอเตอร์เอาไว้บริเวณหัวไหล่ และส่งแรงผ่านสายเคเบิลและรอกไปยังส่วนต่างๆ ของแขน ซึ่งช่วยลดน้ำหนักบริเวณปลายแขนโดยที่ยังคงขอบเขตการเคลื่อนไหวไว้ได้เท่าเดิม

2. ข้อศอกแบบ Rolling-contact กลไกนี้ช่วยให้หุ่นยนต์เคลื่อนไหวได้อย่างราบรื่นและควบคุมได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่งในอวกาศ เพราะการกระตุกเพียงเล็กน้อยอาจทำให้ทั้งตัวหุ่นยนต์และสิ่งของที่ถืออยู่เสียสมดุลได้ทันที

หุ่นยนต์ Helios ถูกพัฒนาต่อยอดจากหุ่นยนต์ต้นแบบ IKARUS โดยมีเป้าหมายหลักในการทำหน้าที่เป็นผู้ช่วยของนักบินอวกาศ ไม่ใช่การเข้ามาแทนที่มนุษย์ ปัจจุบันนักบินอวกาศบนสถานีอวกาศนานาชาติ หรือ ISS ต้องใช้เวลาประมาณ 35% ของภารกิจไปกับงานบำรุงรักษาและงานประจำที่ซ้ำซาก ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่มีมูลค่าสูงมาก 

เนื่องจากต้นทุนการปฏิบัติงานของนักบินอวกาศอาจสูงถึงประมาณ 140,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อชั่วโมง หรือราว 5.1 ล้านบาทต่อชั่วโมง การมอบหมายงานเหล่านี้ให้หุ่นยนต์ดำเนินการแทน จะช่วยให้นักบินอวกาศมีเวลามุ่งเน้นไปที่งานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่มีคุณค่าสูงกว่า เช่น การศึกษากระบวนการชราภาพ การพัฒนาวิธีรักษาโรคมะเร็ง หรือการพิมพ์อวัยวะชีวภาพในสภาพแวดล้อมไร้น้ำหนัก

ในระยะแรก Helios จะถูกพัฒนาเพื่อรองรับการทำงานภายในสถานีอวกาศเป็นหลัก แต่ในอนาคต Orbit Robotics ตั้งเป้าขยายบทบาทของหุ่นยนต์ไปสู่ภารกิจที่ซับซ้อนมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นการซ่อมบำรุงดาวเทียมในวงโคจร การประกอบโครงสร้างขนาดใหญ่ในอวกาศ หรือการสนับสนุนภารกิจสำรวจอวกาศระยะไกล

การมาถึงของ Helios ยังสะท้อนให้เห็นถึงแนวโน้มสำคัญของอุตสาหกรรมอวกาศยุคใหม่ที่เริ่มหันมาให้ความสำคัญกับระบบอัตโนมัติและปัญญาประดิษฐ์มากขึ้น เนื่องจากร่างกายมนุษย์ต้องเผชิญข้อจำกัดจำนวนมากเมื่ออยู่ในอวกาศเป็นเวลานาน ทั้งความเสี่ยงจากรังสีคอสมิก การสูญเสียมวลกระดูกและกล้ามเนื้อ ปัญหาด้านสายตา ตลอดจนผลกระทบต่อระบบประสาทและสมอง 

นักวิทยาศาสตร์จำนวนไม่น้อยจึงมองว่าในอนาคต เครื่องจักรและระบบ AI อาจกลายเป็นกำลังสำคัญที่ช่วยให้มนุษยชาติขยายขอบเขตการสำรวจอวกาศได้ไกลขึ้น ทำงานได้ต่อเนื่องมากขึ้น และรับความเสี่ยงได้สูงกว่ามนุษย์ ในต้นทุนที่ต่ำกว่าการส่งมนุษย์ออกไปปฏิบัติภารกิจโดยตรง