สุดยอดมือหุ่นยนต์เลียนแบบมือมนุษย์

ในการสร้างมือหุ่นยนต์ ปัจจุบันมีอยู่ 2 แนวคิด แนวคิดแรกคือ สร้างเพื่อได้ตามเป้าหมาย แบบนี้จะเป็นมือที่อาจจะมี 2 หรือ 3 นิ้ว มีจุดหมุนไม่มาก แต่ทำงานได้ตรงตามจุดประสงค์ (ตัวอย่าง) กับ แนวคิดที่สอง คือ มือที่มีความซับซ้อนในการออกแบบ มีนิ้วครบ 5 นิ้วเหมือนมือมนุษย์ (ตัวอย่าง-1, ตัวอย่าง-2 ) โดยทฤษฎีแล้ว มือมนุษย์ถือผลงานการออกแบบอย่างชาญฉลาดผ่านกระบวนการวิวัฒนาการมาเป็นล้าน ๆ ปี ดังนั้น การสร้างมือหุ่นยนต์ให้มีความสามารถยอดเยี่ยมดังเช่นมือมนุษย์ก็ควรจะใช้วิธีสร้างเลียนแบบมือมนุษย์ให้ได้มากที่สุด

เนื่องจากมือมนุษย์มีความซับซ้อนมาก การสร้างมือหุ่นยนต์เลียนแบบจึงยังต้องยอมลดรายละเอียดบางส่วนลงบ้างอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ มือหุ่นยนต์ที่นำเสนอในข่าวนี้มีความละเอียดในการออกแบบให้เหมือนมือมนุษย์มากที่สุดเท่าที่เคยปรากฏมา เป็นผลงานของ Zhe Xu และ Emanuek Todorov จากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน เมืองซีแอตเทิล ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยตั้งเป้าหมายสูงสุดไว้ว่า ต้องสามารถใช้มือหุ่นยนต์นี้แทนมือมนุษย์ได้อย่างสมบูรณ์แบบ

Xu บอกว่า วิธีการออกแบบมือหุ่นยนต์แบบที่ผ่านมาเป็นการออกแบบที่ทำให้มือเคลื่อนไหวไม่เหมือนกับที่มือมนุษย์เคลื่อนไหว จังหวะ ท่าทางการทำงานไม่เหมือนกัน ใช้ข้อต่อ บานพับ กิมบอล ที่ไม่เหมือนกับโครงสร้างมือมนุษย์มาประกอบกัน เมื่อต้องหยิบจับ หรือ ทำงานอื่น ๆ ในระดับที่มนุษย์ทำได้อย่างคล่องแคล่ว มือหุ่นยนต์เหล่านั้นจะทำตามไม่ได้

Xu และ Todorov เริ่มต้นจากแนวคิดที่ว่าทำให้เหมือนมือมนุษย์มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ เริ่มด้วยการทำเลเซอร์สแกนโครงสร้างกระดูกที่มือมนุษย์ จากนั้นใช้เครื่องพิมพ์สามมิติพิมพ์ชิ้นส่วนกระดูกแต่ละชิ้นออกมา ทำให้สามารถสร้างข้อต่อชนิดที่ไม่ยึดติดไว้ที่ใดที่หนึ่งตลอดเวลาได้ (unfixed joint) ความสำคัญในจุดนี้คือ โดยธรรมชาติ การเคลื่อนไหวของนิ้วโป้งขึ้นอยู่กับรูปร่างอันซับซ้อนของกระดูก trapezium ตรงข้อต่อ carpometacarpal (CMC) ความไม่ปกติของรูปร่างกระดูก trapezium ส่งผลทำให้จุด CMC ไม่ได้ถูกยึดไว้ที่ใดที่หนึ่งตลอดเวลา นี่เป็นเหตุผลหนึ่งว่า ทำไมมือหุ่นยนต์ที่ถูกสร้างมาก่อนหน้านี้ที่จำกัดจุดหมุนไว้กับที่ไม่สามารถเลียนแบบการเคลื่อนไหวมือมนุษย์ได้อย่างสมบูรณ์

เส้นเอ็นยึดข้อต่อ (joint ligament) ที่มือทำมาจากเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง Spectra และใช้แผ่นยางที่ตัดด้วยเลเซอร์เป็นวัสดุใช้ทดแทนเนื้อเยื่อที่หุ้มข้อต่อ ในส่วนของเอ็นกล้ามเนื้อเหยียด (extensor) กับเอ็นกล้ามเนื้องอ (flexor) ก็ทำมาจาก Spectra เช่นกัน หน้าตาคล้ายใยแมงมุม (ดูรูปด้านบน) มีหน้าที่หลักคือเพื่อช่วยควบคุมการปรับความยืดหยุ่นและปรับแรงบิดที่มือ ส่วนสุดท้ายคือกล้ามเนื้อที่ใช้ออกแรง ใช้เซอร์โวมอเตอร์ Dynamixel จำนวน 10 ตัว จัดการโยงสายให้เหมือนกับคาร์ปัลทันเนล (Carpal Tunnel) ในมือคน

นอกจากรูปร่างมืออันสวยงามประณีตแล้ว มือหุ่นยนต์นี้ยังสามารถควบคุมได้จากรีโมตวัลโด้ (waldo remote manipulator) พูดง่าย ๆ คือ ใช้มือคนจริงควบคุม คนขยับมืออย่างไร มือหุ่นยนต์ก็จะขยับตามได้แม่นยำ (ดูวิดีโอสาธิตท้ายข่าว)

ประเด็นสำคัญคือ การที่มือหุ่นยนต์นี้ใช้หยิบจับหรือทำงานอื่น ๆ ได้เหมือนมือมนุษย์จริง เป็นเพราะการออกแบบโครงสร้างให้เหมือนจริง ซึ่งเห็นผลดีกว่าการเขียนโปรแกรมให้มือที่มีโครงสร้างไม่เหมือนทำงานให้เหมือนมือจริง ผลงานนี้มีประโยชน์อย่างมากสำหรับงานประเภท การควบคุมระยะไกล (telemanipulation) เพราะคนควบคุมสามารถควบคุมได้อย่างคล่องแคล่วและแนบเนียบด้วยมือของเขาเอง

ที่มา IEEE Spectrum
ภาพ IEEE Spectrum, Doctor Strizhak, Houston Methodist