หุ่นยนต์ humanoid ประสิทธิภาพสูง ชาร์จไฟ 1 ครั้ง เดินได้ 6 ชั่วโมง

durus

ใครที่ได้ติดตามข่าว DARPA Robotics Challenge คงจะรู้จัก Atlas หุ่นยนต์ humanoid ที่ DARPA สนับสนุนงบวิจัยและถูกนำมาใช้แข่งขัน ถึงแม้ Atlas จะดูทำงานได้อย่างน่าประทับใจ แต่เมื่อ DARPA เห็น Atlas ในครั้งแรก DARPA กลับไม่พอใจ เพราะ Atlas ใช้พลังงานมากเหลือเกิน (ในรุ่นแรกต้องต่อสายพลังงานตลอดเวลา ในรุ่นต่อมาจึงทำงานโดยมีแหล่งพลังงานในตัวได้ แต่ก็ทำงานได้ไม่นานมาก) จึงให้งบวิจัยอีกก้อนสำหรับพัฒนาหุ่นยนต์ humanoid ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น 20 – 30 เท่า ทีมวิจัยที่เข้าร่วมการท้าทายครั้งนี้ได้แก่ SRI International และ Sandia National Laboratories

หุ่นยนต์จาก SRI มีชื่อว่า DURUS ถูกชาร์จไฟให้เต็มแล้วเดินบนลู่วิ่งได้ 2 ชั่วโมงครึ่ง ได้ระยะทาง 2 กิโลเมตร ใช้กำลังไป 350 วัตต์ คำนวณเป็น cost of transport (ค่าที่บ่งบอกประสิทธิภาพของการเคลื่อนที่สิ่งของ ยิ่งน้อยยิ่งดี) ได้เท่ากับ 1.5 ในขณะที่ Atlas อยู่ที่ 20 และคนอยู่ที่ 0.2 SRI ตั้งเป้าว่าจะปรับปรุง DURUS ให้ได้ cost of transport ที่ 1 เท่านั้น นั่นคือ หุ่นยนต์หนัก 80 กิโลกรม ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ขนาด 2.2 กิโลวัตต์-ชั่วโมง 1 ก้อน จะเดินได้ 10 กิโลเมตร

งานวิจัยนี้เน้นที่การปรับปรุงประสิทธิภาพการเคลื่อนที่เท่านั้น ไม่มีการใช้เทคโนโลยีด้านแหล่งพลังงานใหม่ ทาง SRI ได้ทำการวิเคราะห์ทุกจุดที่มีการสูญเสียพลังงาน แล้วทำการปรับปรุงใหม่ทั้งหมด ตั้งแต่ มอเตอร์ ชุดควบคุมมอเตอร์ กลไกการส่งกำลัง สายไฟ ท่าทางการเดิน เป็นต้น จุดหนึ่งที่มีการสูญเสียพลังงานมากคือกลไกการส่งกำลัง เฟืองที่ขบกันจะเกิด sliding friction (แรงเสียดทานจากการไถล) ซึ่งสูญเสียพลังงานมาก SRI ได้ออกแบบกลไกใหม่โดยเปลี่ยนจาก sliding friction ให้เป็น rolling friction (แรงเสียดทานจากการกลิ้ง) ซึ่งสูญเสียพลังงานน้อยลง ทำให้ชุดมอเตอร์ทั้งชุดมีประสิทธิภาพสูงถึง 97% (มอเตอร์และชุดเฟืองทั่วไปมีประสิทธิภาพอยู่ที่ 50 – 80%)

อีกจุดที่ปรับปรุงได้มากคือท่าทางการเดิน หุ่นยนต์ humanoid ส่วนมากจะเดินแบบรักษาสมดุลตลอดเวลา (คือ พยายามทิ้งน้ำหนักบนเท้าไม่ให้ล้ม) แต่ท่าทางที่คนเดินคือ ล้มไปข้างหน้าแล้วก้าวขาไปรับอย่างต่อเนื่อง DURUS ใช้ท่าทางการเดินแบบคนเดิน

แผนการในอนาคตต่อ SRI จะจับ DURUS มาใส่แขน ขา เป็น PROXI และจะพยายามทำเป็นการค้าให้ได้ 3 – 5 ปี โดยราคาสุดท้ายน่าจะอยู่ที่ 1.5 – 3 ล้านบาทต่อตัว

ส่วนหุ่นยนต์จาก Sandia ชื่อว่า WANDERER (Walking Anthropomorphic Novelly Driven Efficient Robot for Emergency Response) ใช้อีกแนวทางในการปรับปรุงระบบมอเตอร์และกลไกส่งกำลัง มอเตอร์ไฟฟ้าจะทำงานได้มีประสิทธิภาพอยู่แค่ช่วงหนึ่ง แต่จะมีประสิทธิภาพต่ำที่ความเร็วรอบต่ำ แรงบิดสูง ซึ่งมักเป็นจุดทำงานที่หุ่นยนต์ส่วนมากใช้ Sandia ใช้วิธีการติดตั้งกลไกสปริงที่ช่วยออกแรง และทำให้มอเตอร์ทำงานในจุดที่มีประสิทธิภาพสูงสุด

อีกจุดหนึ่งคือ เมื่อสภาพแวดล้อมเปลี่ยนไป เช่น เดินบนพื้นราบ เดินบนเนินเขา จุดทำงานของมอเตอร์ก็จะเปลี่ยนไป กลไกที่ Sandia พัฒนาขึ้นมาจะคอยปรับระบบส่งกำลังให้มอเตอร์ทำงานในจุดที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเสมอ

ภาพ IEEE Spectrum
ที่มา IEEE Spectrum, Sandia National Laboratories

LINE it!