หุ่นยนต์ “จิ๋ว” สุดในโลก กว้างกว่าเส้นผม 2 เท่า ที่คิดวิเคราะห์ และตัดสินใจได้เอง

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย (University of Pennsylvania) และ มหาวิทยาลัยมิชิแกน (University of Michigan) ในสหรัฐฯ เปิดตัวหุ่นยนต์อัตโนมัติที่ทางทีมวิจัยเคลมว่า “มีขนาดเล็กที่สุดในโลก” โดยมีขนาดกว้าง 200 ไมโครเมตร ยาว 300 ไมโครเมตร และหนา 50 ไมโครเมตร โดยด้านกว้างมีด้านเป็น 2 เท่าของเส้นผมมนุษย์ ที่มักจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยที่ 60-100 ไมโครเมตร ที่สำคัญ หุ่นยนต์ตัวนี้มีความสามารถในการรับรู้สภาพแวดล้อม คิด วิเคราะห์ และตัดสินใจได้ด้วยตัวเอง

ความยากในการพัฒนาหุ่นยนต์จิ๋ว

ความท้าทายสำคัญของการพัฒนาหุ่นยนต์ระดับจุลภาคอยู่ที่การควบคุมการเคลื่อนที่ เนื่องจากในสภาพแวดล้อมระดับจุลภาค แรงต้านและความหนืดของของเหลวมีผลต่อการเคลื่อนไหวค่อนข้างมาก ส่งผลให้การเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์เป็นไปได้ยากกว่าที่คาดการณ์ไว้ คล้ายกับการว่ายน้ำในของเหลวที่มีความหนืดสูงราวกับน้ำมันดิน 

นอกจากนี้หุ่นยนต์ที่มีแขนขา เพื่อใช้สำหรับการเคลื่อนไหว เมื่อตัวเล็กในระดับจุลภาค ก็จะเจอปัญหาแขนขาแตกหักได้ง่าย ซึ่งปัญหาในการเคลื่อนที่ดังกล่าว เป็นปัญหาที่แก้ไม่ได้มากว่า 40 ปีแล้ว 

โดยการที่จะทำให้หุ่นยนต์ระดับจุลภาคสามารถเคลื่อนไหวแบบที่ต้องการ ทางทีมนักวิจัยจึงได้คิดค้นวิธีการเคลื่อนที่รูปแบบใหม่ ๆ ผ่านการสร้างหุ่นยนต์จิ๋วที่มีขนาดความกว้างเพียง 200 ไมโครเมตร โดยทำให้มันสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในทุกทิศทาง ในสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ด้วยการสร้างสนามไฟฟ้าเพื่อผลักไอออนในของเหลวรอบตัว ซึ่งจะลากโมเลกุลของของเหลวให้เคลื่อนที่ตามไปด้วย ส่งผลให้หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ไปในทิศทางไหนก็ได้

ตัวหุ่นยนต์จิ๋วยังสามารถปรับสนามไฟฟ้าเพื่อเคลื่อนที่ในรูปแบบซับซ้อน และทำงานประสานกันได้ ด้วยความเร็วสูงสุดประมาณหนึ่งช่วงลำตัวต่อวินาที 

“หัวใจ” ของหุ่นยนต์จิ๋ว

การทำให้หุ่นยนต์ขนาดเล็กที่สุดในโลกตัดสินใจเองได้ จำเป็นต้องมี “คอมพิวเตอร์ที่เล็กที่สุดในโลก” โดยคอมพิวเตอร์ของหุ่นยนต์จิ๋วตัวนี้ถูกพัฒนาขึ้นโดยทีมของศาสตราจารย์ เดวิด บลาว (David Blaauw) จากมหาวิทยาลัยมิชิแกนในสหรัฐฯ ซึ่งตัวคอมพิวเตอร์ดังกล่าวถูกรวมหน่วยประมวลผล หน่วยความจำ และเซ็นเซอร์ต่าง ๆ ทั้ง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับรับรู้สภาพแวดล้อมและควบคุมการเคลื่อนที่ และแผงโซลาร์เซลล์ขนาดเล็กเพื่อจ่ายพลังงานให้กับทุกสิ่งไว้บนชิปที่มีขนาดเล็กเพียงเศษเสี้ยวของมิลลิเมตรเท่านั้น

ด้านพลังงาน ตัวหุ่นยนต์จิ๋วรับพลังงานผ่านแผงโซลาร์เซลล์ขนาดจิ๋วที่ผลิตพลังงานได้ 75 นาโนวัตต์ ซึ่งน้อยกว่าการใช้พลังงานของสมาร์ตวอตช์ที่ใช้พลังงาน 10,000,000 นาโนวัตต์ หรือประมาณ 100,000 เท่า โดยหุ่นยนต์เหล่านี้สามารถว่ายน้ำได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายเดือนเมื่อได้รับพลังงานจากแสงของ LED ทีมวิจัยจึงต้องออกแบบวงจรในตัวคอมพิวเตอร์ให้ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษไปด้วย

โดยแค่เฉพาะลำตัวหุ่นยนต์ 1 ตัวมีต้นทุนการผลิตเพียงประมาณ 1 เซนต์สหรัฐ หรือราคาตัวละไม่ถึง 1 บาท ส่วนระบบควบคุมและโปรแกรมสามารถสร้างได้ด้วยงบประมาณราว 100 ดอลลาร์สหรัฐ หรือประมาณ 3,200 บาท เท่านั้น โดยใช้อุปกรณ์ทั่วไป เช่น LED, คอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยวขนาดเล็ก (Raspberry Pi) และกล้องสมาร์ตโฟนติดเลนส์มาโคร ซึ่งให้ประสิทธิภาพใกล้เคียงกับกล้องจุลทรรศน์ราคาหลักแสนดอลลาร์

อนาคตของ “หุ่นยนต์จิ๋ว”

หุ่นยนต์เหล่านี้มีเซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจวัดอุณหภูมิได้ละเอียดถึง 1 ใน 3 องศาเซลเซียส ทำให้มีศักยภาพในการติดตามสุขภาพของเซลล์แต่ละเซลล์ อย่างไรก็ตามตัวหุ่นยนต์ยังมีข้อจำกัดหลายอย่าง ทั้งเรื่องที่ต้องได้รับแสงอย่างต่อเนื่องจึงจะทำงานได้ เมื่อไม่มีแสง ระบบจะปิดตัวและข้อมูลจะถูกล้างออกทั้งหมด

ปัจจุบันหุ่นยนต์ยังเคลื่อนที่ได้แค่ในสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ซึ่งสารนี้เป็นพิษกับเซลสิ่งมีชีวิต โดยทางนักวิจัยเชื่อว่าจะสามารถแก้ไขปัญหาการเคลื่อนที่ในของเหลวที่จำกัดนี้ได้ในอนาคต โดยการเปลี่ยนไปใช้ตัวขับเคลื่อนที่เข้ากันได้กับภายในของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ แทน

แหล่งที่มา : seas.upenn.edu/