รวบหลายข่าวเป็นข่าวเดียวเลยแล้วกัน เนื่องจากเป็นงานวิจัยที่คล้ายกัน โดยปกติแล้วเวลานักพัฒนาหุ่นยนต์สร้างหุ่นยนต์ขึ้นมาตัวหนึ่ง ก็จะใช้ต้นกำลัง เช่น มอเตอร์ อย่างน้อย 2 ตัว เพื่อให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ได้หลากหลายแบบ เช่น หุ่นยนต์เดินด้วยขาถ้ามี 2 มอเตอร์ก็จะเดินหน้าได้ เลี้ยวได้ หุ่นยนต์บินแบบปีกหมุน ถ้ามี 2 ใบพัดก็จะควบคุมทิศทางการบินได้ แต่งานวิจัยใหม่แสดงให้เห็นมอเตอร์น้อยกว่านั้นก็สร้างหุ่นยนต์เดิน และหุ่นยนต์บินที่ควบคุมทิศทางการเคลื่อนที่ได้
งานวิจัยแรก ชื่อ 1STAR, a One-Actuator STeerAble Robot โดย David Zarrouk จาก Ben Gurion University และ Ronald S. Fearing จาก UC Berkeley นำเสนอในงานประชุมวิชาการ ICRA 2014 หุ่นยนต์ 1STAR ใช้มอเตอร์เดียวต่อเข้ากับขา 6 ข้าง แต่สามารถบังคับให้เดินหน้า เลี้ยวซ้าย เลี้ยวขวาได้ตามต้องการ 1STAR เป็นหุ่นยนต์เคลื่อนที่ด้วยขา 6 ขา เดินด้วยท่าทางแบบ alternating tripod gait คือ ก้าวขาหน้าขวา กลางซ้าย หลังขวาไปพร้อมกัน สลับกับการก้าวขาหน้าซ้าย กลางขวา หลังซ้ายไปพร้อมกัน ส่วนสำคัญอยู่ที่ขากลางทำจากวัสดุที่อ่อนตัวได้ (compliance) เมื่อต้องการจะเดินตรง มอเตอร์จะหมุนด้วยความเร็วคงที่ ขาทุกขาจะก้าวด้วยระยะเท่ากัน ทำให้เดินตรง หากต้องการจะเลี้ยวขวา เมื่อขากลางขวาแตะพื้น มอเตอร์จะหมุนด้วยความเร่ง ด้วยความเฉื่อยจากมวลของหุ่นยนต์ที่พยายามจะอยู่กับที่ทำให้ขากลางขวาที่แตะพื้นอยู่ก้าวไปได้ระยะทางสั้นกว่าขาซ้าย (นึงถึงนั่งรถแล้วเหยียบคันเร่ง หลังเราจะติดเบาะ) หุ่นยนต์จึงเลี้ยวขวา และหากขากลางซ้ายแตะพื้นอยู่ มอเตอร์จะหมุนด้วยความหน่วง ความเฉื่อยของมวลหุ่นยนต์ที่พยายามจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าทำให้ขากลางด้านซ้ายที่แตะพื้นอยู่ก้าวไปได้ระยะทางมากกว่าขาขวา (เวลารถเบรก ตัวเราจะพุ่งไปหน้ารถ) ทำให้หุ่นยนต์เลี้ยวขวา ในทางตรงกันข้าม หากจะเลี้ยวซ้ายก็ทำตรงกันข้าม อาศัยการเร่งหน่วงให้ถูกจังหวะก็สามารถทำให้ควบคุมการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ด้วยมอเตอร์เดียวได้ อ่านแล้วอาจจะงง ลองไปดูวิดีโอกันดีกว่า (ดูแล้วก็อาจจะงงอยู่ดี เทคนิคเค้าร้ายกาจใช้ได้เลย)
งานวิจัยที่สองชื่อ An Underactuated Propeller for Attitude Control in Micro Air Vehicles โดย J. Paulos และ M. Yim ถูกนำเสนอในงานประชุมวิชาการ IROS 2013เกี่ยวกับหุ่นยนต์บินได้แบบปีกหมุน (rotating wing) ซึ่งมักพบได้มาก 2 รูปแบบคือ มัลติโรเตอร์ซึ่งใช้มอเตอร์หลายตัว ควบคุมความเร็วให้ต่างกันเพื่อควบคุมทิศทางการบิน และเฮลิคอปเตอร์ทั่วไปที่ใช้มอเตอร์เพียง 2 ตัวแต่มีกลไก swashplate ที่ซับซ้อนสำหรับปรับมุม pitch ของใบพัดเพื่อให้บังคับทิศทางได้ Modular Robotics Laboratory ที่ University of Pennsylvania ได้พัฒนาหุ่นยนต์บินได้ที่ใช้เพียงมอเตอร์ 2 ตัวก็ควบคุมทิศทางการบินได้ หลักการที่ใช้คือใบมีกลไกที่อ่อนตัวได้ (compliance) เพื่อให้ปรับมุม pitch ของใบพัดได้โดยไม่ต้องใช้ swashplate แต่อาศัยการเร่งหรือหน่วงมอเตอร์ เพื่อให้ความเฉื่อยจากมวลใบพัดทำหน้าที่ปรับมุม pitch (คล้ายกับของ 1STAR) และมีใบพัดอีกใบเพื่อสร้างแรงบิดกลับทิศเพื่อให้ควบคุมการหมุนได้ (มัลติโรเตอร์อาศัยจำนวนใบพัดเป็นเลขคู่เพื่อหักล้างแรงบิด เฮลิคอปเตอร์ใช้ใบพัดที่หางหักล้างแรงบิด) อ่านแล้วอาจจะงง ลองดูวิดีโอประกอบได้ครับ
งานวิจัยสุดท้ายจาก Modular Robotics Laboratory เช่นกัน ชื่อ Passive Stability of a Single Actuator Micro Aerial Vehicle โดย M. Piccoli และ M. Yim ถูกนำเสนอในงานประชุมวิชาการ ICRA 2014 เป็นการพัฒนาหุ่นยนต์บินได้แบบปีกหมุนที่ใช้ใบพัดเพียงใบเดียว ที่กล่าวไว้ก่อนหน้าว่า มัลติโรเตอร์อาศัยจำนวนใบพัดเป็นเลขคู่เพื่อหักล้างแรงบิด เฮลิคอปเตอร์ใช้ใบพัดที่หางหักล้างแรงบิดจากใบพัดหลัก ถ้าไม่มีการหักล้างแรงบิด กฎข้อที่สามของนิวตันกล่าวว่าทุกแรงกระทำจะมีแรงปฏิกิริยาในทิศตรงข้าม เมื่อมอเตอร์หมุนใบพัด ใบพัดก็จะหมุนตัวลำของหุ่นยนต์ไปในทิศตรงข้าม งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่า หากออกแบบให้ตัวลำมีน้ำหนักที่เหมาะสม ถึงแม้ตัวลำจะถูกหมุนไปในฝั่งตรงข้ามแต่ก็ยังจะบินขึ้นอย่างสมดุลได้โดยไม่ต้องมีระบบควบคุมที่ซับซ้อน ดูวิดีโอประกอบได้ครับ
การที่สามารถสร้างหุ่นยนต์ที่ควบคุมได้ด้วยมอเตอร์น้อย ๆ ทำให้หุ่นยนต์มีราคาถูกลง และเสี่ยงต่อความเสียหายน้อยลงด้วย ถือว่าเป็นงานวิจัยที่น่าสนใจไม่น้อย
ภาพและที่มา
- IEEE Spectrum Automaton – How to Make a Steerable Robot With Just One Single Motor
- IEEE Spectrum Automaton – Flying Robots Stay Stable With Just One Motor, Controllable With Two
