หุ่นยนต์ปลากระเบนนุ่มนิ่ม

กลุ่มนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเจ้อเจียง ประเทศจีน ประสบความเร็จในการประดิษฐ์หุ่นยนต์ว่ายน้ำ รูปลักษณ์และวิธีการว่ายน้ำล้อเลียนกับปลากระเบนราหู (manta ray) ลำตัวยาว 9.3 เซนติเมตร (รวมหางด้วยจะยาว 18.5 เซนติเมตร) หุ่นยนต์ตัวนี้ไม่มีมอเตอร์ แต่ใช้วัสดุที่เรียกว่า dielectric elastomers (DEs) ซึ่งมีคุณสมบัติคือ เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเชิงกล (ทำให้ตัววัสดุเองยืด-หดได้) มาทำให้หุ่นยนต์ตีครีบทั้งสองข้างขึ้น-ลงได้

ปกติแล้ว DE ถือว่าเป็นตัวขับเคลื่อน (Actuator) ที่ตอบสนองได้เร็ว ทำระยะยืด-หดได้เยอะ และมีประสิทธิภาพมาก แต่ปัญหาอย่างหนึ่งคือ มันทำงานที่แรงดันไฟฟ้าสูงมากๆ ระดับ 10 กิโลโวลต์ และวัสดุที่เป็นฉนวนนำมาคั่นกลางแรงดันสูง ๆ นั้นก็ต้องมีความหนามากด้วย แต่นักวิจัยกลุ่มนี้นำเสนอเทคนิคใหม่ในการออกแบบหุ่นยนต์ โดยให้น้ำที่ล้อมรอบหุ่นยนต์อยู่เป็นกราวนด์ของวงจรไฟฟ้า (ขั้วลบ) ตัวหุ่นยนต์ซึ่งทำจากซิลิโคนใสเป็นฉนวน และไฮโดรเจลชั้นในสุดเป็นอิเล็กโทรดอีกด้านหนึ่ง (ขั้วบวก) พอจ่ายไฟฟ้าให้วงจร ครีบของหุ่นยนต์ก็จะงอขึ้น พอหยุดจ่ายไฟฟ้า ครีบก็จะคลายตัวกลับมาสู่ตำแหน่งปกติ ในวิดีโอด้านล่าง แสดงให้เห็นการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์เมื่อจ่ายสลับกับหยุดจ่ายไฟฟ้า (square wave) ด้วยแรงดัน 7 กิโลโวลต์ ความถี่ 1-4 เฮิร์ตซ์ ส่วนหางปลา ใช้อุปกรณ์ควบคุมไร้สายในการควบคุมให้เลี้ยวซ้าย-เลี้ยวขวา

หุ่นยนต์สามารถว่ายน้ำได้ต่อเนื่องยาวนาน 3 ชั่วโมง มีกล้องติดตั้ง ทำงานได้ในสภาพอุณหภูมิตั้งแต่ 0.4 ถึง 74.2 องศาเซลเซียส หุ่นยนต์ชนิดนี้เหมาะสำหรับใช้ในภารกิจเก็บตัวอย่างสารเคมี สำรวจธรรมชาติ หรือซากเรือ ซากเครื่องบินที่จมอยู่ใต้น้ำ ส่วนความได้เปรียบของหุ่นยนต์ชนิดนี้ ก็เหมือนกับหุ่นยนต์นิ่มชนิดอื่น ๆ คือ กล้ามเนื้อนิ่ม ๆ จะไม่ทำให้ปะการังพังง่าย ๆ สัตว์น้ำไม่ตระหนกตกใจเนื่องจากความที่ลำตัวใส กลมกลืนไปกับพื้นน้ำ

อ่านบทความฉบับเต็ม : Fast-moving soft electronic fish

ที่มา – Science