ໃນຄວາມກ້າວຫນ້າທີ່ສໍາຄັນຂອງຫຸ່ນຍົນ, ຫຸ່ນຍົນທີ່ມີກ້າມຊີ້ນ 'ອ່ອນ' ຄ້າຍຄືມະນຸດໄດ້ຖືກອອກແບບສົບຜົນສໍາເລັດເປັນຄັ້ງທໍາອິດ. ຫຸ່ນຍົນອ່ອນໆດັ່ງກ່າວສາມາດເປັນຜົນປະໂຫຍດໃນການອອກແບບຫຸ່ນຍົນທີ່ເປັນມິດກັບມະນຸດໃນອະນາຄົດ.
Robots are programmable machines that are routinely used in industrial applications, example as part of automation, especially manufacturing because they are designed to be good at repetitive tasks which require a lot of strength and power. ຫຸ່ນຍົນ interact with the physical world via sensors and actuators in them and they are reprogrammable making them more useful and flexible than routine single-function machines. It is obvious from the way these robots are designed to do the job that their motions are extremely rigid, sometimes jerky, machine-like and they are heavy, imposing and they are not useful when a particular task requires variable amounts of force at different time points. Robots are also sometimes dangerous and might need secure enclosures as they are not sensitive to their surroundings. The field of robotics is exploring a variety of disciplines to design, build, program and efficiently use robotic machines in various areas of industry and medical technology with different requirements.
In recent twin studies led by Christoph Keplinger, researchers have fit robots with a new class of muscles which are very similar to our human muscles and they possess and project strength and sensitivity just like we do. The central idea is to provide more “ທໍາມະຊາດ” movements to the machine i.e. robots. 99.9 percent of all robots today are rigid machines made out of steel or metal, whereas a biological body is soft but has incredible capabilities. These robots with ‘soft’ or ‘more real’ muscles can be suitably designed to perform routine and delicate tasks (which human muscles perform on a daily basis), for example just picking up a soft fruit or placing an egg inside a basket. Compared to traditional robots, robots fitted with ‘ກ້າມເນື້ອທຽມ' ຈະເປັນຄືກັບສະບັບ 'ອ່ອນກວ່າ' ຂອງຕົນເອງແລະປອດໄພກວ່າແລະຈາກນັ້ນພວກເຂົາສາມາດຖືກປັບແຕ່ງເພື່ອປະຕິບັດເກືອບທຸກຫນ້າວຽກທີ່ຢູ່ໃກ້ຄຽງຂອງປະຊາຊົນ, ແນະນໍາຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ເປັນໄປໄດ້ຈໍານວນຫນຶ່ງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບແລະຊີວິດຂອງມະນຸດ. ຫຸ່ນຍົນອ່ອນສາມາດຖືກເອີ້ນວ່າເປັນຫຸ່ນຍົນ 'ຮ່ວມມື', ຍ້ອນວ່າພວກມັນຈະຖືກອອກແບບເປັນເອກະລັກເພື່ອປະຕິບັດວຽກງານສະເພາະໃດຫນຶ່ງໃນລັກສະນະທີ່ຄ້າຍຄືກັນຫຼາຍຂອງມະນຸດ.
ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ພະຍາຍາມສ້າງຫຸ່ນຍົນກ້າມເນື້ອອ່ອນ. ຫຸ່ນຍົນດັ່ງກ່າວຈະຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີຄວາມອ່ອນໂຍນ ກ້າມເນື້ອ ເຕັກໂນໂລຊີເພື່ອປອມຕົວເປັນກ້າມຊີ້ນຂອງມະນຸດ ແລະສອງເຕັກໂນໂລຊີດັ່ງກ່າວໄດ້ຖືກທົດລອງໂດຍນັກຄົ້ນຄວ້າ - ຕົວກະຕຸ້ນ pneumatic ແລະ dielectric elastomer actuators. 'ຕົວກະຕຸ້ນ' ແມ່ນຖືກກໍານົດວ່າເປັນອຸປະກອນຕົວຈິງທີ່ເຄື່ອນຍ້າຍຫຸ່ນຍົນ, ຫຼືຫຸ່ນຍົນສະແດງໃຫ້ເຫັນການເຄື່ອນໄຫວໂດຍສະເພາະ. ໃນເຄື່ອງກະຕຸ້ນນິວເມຕິກ, ກະເປົ໋າອ່ອນໆຖືກສູບດ້ວຍອາຍແກັສ ຫຼືຂອງແຫຼວເພື່ອສ້າງການເຄື່ອນໄຫວສະເພາະ. ນີ້ແມ່ນການອອກແບບທີ່ງ່າຍດາຍແຕ່ຍັງມີອໍານາດເຖິງແມ່ນວ່າປັ໊ມແມ່ນບໍ່ສາມາດປະຕິບັດໄດ້ແລະພວກມັນມີອ່າງເກັບນ້ໍາຂະຫນາດໃຫຍ່. ເຕັກໂນໂລຍີທີສອງ - ເຄື່ອງກະຕຸ້ນ elastomer dielectric ໃຊ້ແນວຄວາມຄິດຂອງການນໍາໃຊ້ພາກສະຫນາມໄຟຟ້າໃນທົ່ວພາດສະຕິກທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນ insulating ເພື່ອ deform ມັນແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສ້າງການເຄື່ອນໄຫວ. ເທັກໂນໂລຍີທັງສອງຢ່າງນີ້ເອງຍັງບໍ່ທັນປະສົບຜົນສຳເລັດເທື່ອ ເພາະເມື່ອມີກະແສໄຟຟ້າຜ່ານພລາສຕິກ, ອຸປະກອນເຫຼົ່ານີ້ຈະລົ້ມເຫລວຢ່າງໜ້າເສົ້າ ແລະສະນັ້ນຈຶ່ງບໍ່ທົນທານຕໍ່ຄວາມເສຍຫາຍທາງກົນຈັກ.
More “ມະນຸດ like” robots with similar muscles
ໃນການສຶກສາຄູ່ແຝດລາຍງານໃນ ວິທະຍາສາດ1 ແລະ ວິທະຍາສາດ ຫຸ່ນຍົນ2, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ເອົາລັກສະນະໃນທາງບວກຂອງສອງເຕັກໂນໂລຢີກ້າມເນື້ອອ່ອນທີ່ມີຢູ່ແລະສ້າງຕົວກະຕຸ້ນທີ່ຄ້າຍຄືກ້າມເນື້ອອ່ອນທີ່ງ່າຍດາຍທີ່ໃຊ້ໄຟຟ້າເພື່ອປ່ຽນແປງການເຄື່ອນໄຫວຂອງນໍ້າພາຍໃນຖົງຂະຫນາດນ້ອຍ. ກະເປົ໋າໂພລີເມີທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນເຫຼົ່ານີ້ບັນຈຸຂອງແຫຼວທີ່ມີ insulating, ຕົວຢ່າງນ້ໍາມັນປົກກະຕິ (ນ້ໍາມັນຜັກຫຼືນ້ໍາມັນ canola) ຈາກຮ້ານສັບພະສິນຄ້າ, ຫຼືຂອງແຫຼວທີ່ຄ້າຍຄືກັນສາມາດຖືກນໍາໃຊ້. ເມື່ອແຮງດັນໄຟຟ້າຖືກ ນຳ ໃຊ້ລະຫວ່າງ electrodes hydrogel ທີ່ວາງໄວ້ລະຫວ່າງສອງດ້ານຂອງຖົງ, ທັງສອງດ້ານໄດ້ຖືກດຶງເຂົ້າກັນ, ນ້ ຳ ມັນ spasm ເກີດຂື້ນ, ບີບຂອງແຫຼວໃນນັ້ນແລະເຮັດໃຫ້ມັນໄຫຼເຂົ້າໄປໃນຖົງ. ຄວາມເຄັ່ງຕຶງນີ້ເຮັດໃຫ້ເກີດການຫົດຕົວຂອງກ້າມຊີ້ນທຽມແລະເມື່ອໄຟຟ້າຖືກຕັດອອກ, ນ້ໍາມັນຈະຜ່ອນຄາຍອີກເທື່ອຫນຶ່ງ, ເຮັດຕາມແບບຢ່າງ. ປອມ ການຜ່ອນຄາຍກ້າມເນື້ອ. ຕົວກະຕຸ້ນປ່ຽນຮູບຮ່າງໃນລັກສະນະນີ້, ແລະວັດຖຸທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັບຕົວກະຕຸ້ນສະແດງໃຫ້ເຫັນການເຄື່ອນໄຫວ. ດັ່ງນັ້ນ, 'ກ້າມທຽມ' ນີ້ສັນຍາແລະປ່ອຍ (flex) ທັນທີໃນ milliseconds ໃນລັກສະນະດຽວກັນແລະມີຄວາມແມ່ນຍໍາດຽວກັນແລະຜົນບັງຄັບໃຊ້ຂອງກ້າມຊີ້ນ skeletal ທີ່ແທ້ຈິງຂອງມະນຸດ. ການເຄື່ອນໄຫວເຫຼົ່ານີ້ສາມາດເອົາຊະນະຄວາມໄວຂອງປະຕິກິລິຍາກ້າມຊີ້ນຂອງມະນຸດໄດ້ເນື່ອງຈາກກ້າມຊີ້ນຂອງມະນຸດຕິດຕໍ່ສື່ສານກັບສະຫມອງທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມຊັກຊ້າ, ເຖິງແມ່ນວ່າບໍ່ສາມາດສັງເກດເຫັນໄດ້. ດັ່ງນັ້ນ, ໂດຍຜ່ານການອອກແບບນີ້, ລະບົບນ້ໍາໄດ້ຖືກບັນລຸໄດ້ເຊິ່ງມີການຄວບຄຸມໄຟຟ້າໂດຍກົງສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມຍືດຫຍຸ່ນແລະປະສິດທິພາບສູງ.
ໃນການສຶກສາຄັ້ງທໍາອິດ1 in ວິທະຍາສາດ, ຕົວກະຕຸ້ນໄດ້ຖືກອອກແບບໃນຮູບຮ່າງຂອງ donut ແລະພວກເຂົາເຈົ້າມີຄວາມສາມາດແລະຊໍານິຊໍານານທີ່ຈະເອົາແລະຖື raspberry ຜ່ານ gripper ຫຸ່ນຍົນ (ແລະບໍ່ exploding ຫມາກ!). ຄວາມເສຍຫາຍທີ່ເປັນໄປໄດ້ທີ່ເຮັດໂດຍ bolt ຂອງໄຟຟ້າເມື່ອຜ່ານຂອງແຫຼວ insulating (ບັນຫາສໍາຄັນກັບ actuators ອອກແບບກ່ອນຫນ້ານີ້) ຍັງໄດ້ຮັບການເອົາໃຈໃສ່ໃນການອອກແບບໃນປະຈຸບັນແລະຄວາມເສຍຫາຍໄຟຟ້າໃດໆແມ່ນການປິ່ນປົວດ້ວຍຕົນເອງຫຼືການສ້ອມແປງທັນທີທັນໃດພຽງແຕ່ໃຫມ່. ການໄຫຼຂອງແຫຼວເຂົ້າໄປໃນສ່ວນ 'ເສຍຫາຍ' ໂດຍຜ່ານຂະບວນການງ່າຍດາຍຂອງການແຈກຢາຍຄືນໃຫມ່. ນີ້ແມ່ນຍ້ອນການນໍາໃຊ້ວັດສະດຸຂອງແຫຼວ, ເຊິ່ງມີຄວາມທົນທານຫຼາຍ, ແທນທີ່ຈະເປັນຊັ້ນ insulating ແຂງທີ່ໃຊ້ໃນການອອກແບບທີ່ຜ່ານມາຫຼາຍແລະເສຍຫາຍທັນທີ. ໃນຂະບວນການນີ້, ກ້າມຊີ້ນທຽມໄດ້ລອດຊີວິດຫຼາຍກວ່າຫນຶ່ງລ້ານຮອບວຽນການຫົດຕົວ. ຕົວກະຕຸ້ນໂດຍສະເພາະນີ້, ເປັນຮູບ donut ໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍສາມາດເລືອກເອົາ raspberry ໄດ້. ເຊັ່ນດຽວກັນ, ໂດຍການປັບແຕ່ງຮູບຮ່າງຂອງຖົງຢາງເຫຼົ່ານີ້, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ສ້າງຕົວກະຕຸ້ນທີ່ຫລາກຫລາຍດ້ວຍການເຄື່ອນໄຫວທີ່ເປັນເອກະລັກ, ຕົວຢ່າງແມ່ນແຕ່ເອົາໄຂ່ທີ່ອ່ອນແອທີ່ມີຄວາມແມ່ນຍໍາແລະແນ່ນອນທີ່ຕ້ອງການ. ກ້າມຊີ້ນທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຖືກເອີ້ນວ່າ "ເຄື່ອງກະຕຸ້ນການປິ່ນປົວແບບໄຟຟ້າສະຖິດດ້ວຍນ້ໍາດ້ວຍຕົນເອງ", ຫຼື HASEL actuators. ໃນການສຶກສາຄັ້ງທີສອງ2 ເຜີຍແຜ່ໃນ Science Robotics, ທີມງານດຽວກັນໄດ້ສ້າງການອອກແບບກ້າມຊີ້ນອ່ອນອີກສອງອັນທີ່ສັນຍາເປັນເສັ້ນ, ຄ້າຍຄືກັນກັບ bicep ຂອງມະນຸດ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງມີຄວາມສາມາດທີ່ຈະຍົກວັດຖຸທີ່ຫນັກກວ່ານ້ໍາຫນັກຂອງຕົນເອງຫຼາຍຄັ້ງ.
A ຄວາມຄິດເຫັນທົ່ວໄປແມ່ນວ່າຫຸ່ນຍົນແມ່ນເຄື່ອງຈັກ, ດັ່ງນັ້ນເຂົາເຈົ້າແນ່ນອນຈະຕ້ອງມີຂອບເຂດເຫນືອມະນຸດ, ແຕ່, ເມື່ອມັນມາກັບຄວາມສາມາດທີ່ຫນ້າປະຫລາດໃຈທີ່ມີໃຫ້ພວກເຮົາໂດຍກ້າມຊີ້ນຂອງພວກເຮົາ, ຄົນເຮົາສາມາດເວົ້າງ່າຍໆວ່າຫຸ່ນຍົນຈືດໆໃນການປຽບທຽບ. ກ້າມຊີ້ນຂອງມະນຸດມີພະລັງງານທີ່ສຸດແລະສະຫມອງຂອງພວກເຮົາມີຈໍານວນພິເສດຂອງການຄວບຄຸມກ້າມຊີ້ນຂອງພວກເຮົາ. ນີ້ແມ່ນເຫດຜົນທີ່ກ້າມຊີ້ນຂອງມະນຸດສາມາດປະຕິບັດວຽກງານທີ່ສັບສົນດ້ວຍຄວາມແມ່ນຍໍາເຊັ່ນ: ການຂຽນ. ກ້າມຊີ້ນຂອງພວກເຮົາຊ້ໍາຊ້ອນແລະຜ່ອນຄາຍໃນເວລາທີ່ເຮັດວຽກຫນັກແລະເວົ້າໄດ້ວ່າຕົວຈິງແລ້ວພວກເຮົາໃຊ້ພຽງແຕ່ປະມານ 65 ເປີເຊັນຂອງກ້າມຊີ້ນຂອງພວກເຮົາແລະຂອບເຂດຈໍາກັດນີ້ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນກໍານົດໂດຍຄວາມຄິດຂອງພວກເຮົາ. ຖ້າພວກເຮົາສາມາດຈິນຕະນາການຫຸ່ນຍົນທີ່ມີກ້າມຊີ້ນອ່ອນໆຄ້າຍຄືມະນຸດ, ຄວາມເຂັ້ມແຂງແລະຄວາມສາມາດຈະຍິ່ງໃຫຍ່. ການສຶກສາເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນເຫັນວ່າເປັນບາດກ້າວທໍາອິດທີ່ຈະພັດທະນາຕົວກະຕຸ້ນເຊິ່ງມື້ຫນຶ່ງສາມາດບັນລຸຄວາມສາມາດອັນໃຫຍ່ຫຼວງຂອງກ້າມຊີ້ນທາງຊີວະພາບທີ່ແທ້ຈິງ.
ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທີ່ມີປະສິດທິພາບ 'ອ່ອນ' ຫຸ່ນຍົນ
ຜູ້ຂຽນເວົ້າວ່າວັດສະດຸເຊັ່ນຖົງໂພລີເມີມັນຕົ້ນ, ນ້ໍາມັນແລະແມ້ກະທັ້ງ electrodes ແມ່ນລາຄາຖືກແລະພ້ອມທີ່ຈະເຮັດໂດຍຄ່າໃຊ້ຈ່າຍພຽງແຕ່ 0.9 USD (ຫຼື 10 ເຊັນ). ນີ້ແມ່ນການຊຸກຍູ້ໃຫ້ຫົວຫນ່ວຍການຜະລິດອຸດສາຫະກໍາໃນປັດຈຸບັນແລະສໍາລັບນັກຄົ້ນຄວ້າເພີ່ມເຕີມຄວາມຊໍານານຂອງເຂົາເຈົ້າ. ວັດສະດຸທີ່ມີລາຄາຖືກແມ່ນສາມາດຂະຫຍາຍໄດ້ແລະເຂົ້າກັນໄດ້ກັບການປະຕິບັດອຸດສາຫະກໍາໃນປະຈຸບັນແລະອຸປະກອນດັ່ງກ່າວສາມາດໄດ້ຮັບການນໍາໃຊ້ສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຈໍານວນຫນຶ່ງເຊັ່ນ: ອຸປະກອນທຽມ, ຫຼືເປັນຄູ່ຂອງມະນຸດ. ນີ້ແມ່ນລັກສະນະທີ່ຫນ້າສົນໃຈໂດຍສະເພາະ, ເນື່ອງຈາກວ່າຄໍາສັບຫຸ່ນຍົນແມ່ນສະເຫມີກັບຄ່າໃຊ້ຈ່າຍສູງ. ຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບກ້າມຊີ້ນທຽມດັ່ງກ່າວແມ່ນປະລິມານໄຟຟ້າທີ່ສູງທີ່ຕ້ອງການສໍາລັບການປະຕິບັດງານຂອງມັນແລະຍັງມີໂອກາດທີ່ຈະເຜົາໄຫມ້ຖ້າຫຸ່ນຍົນສະຫງວນພະລັງງານຫຼາຍເກີນໄປ. ຫຸ່ນຍົນທີ່ອ່ອນນຸ້ມມີຄວາມອ່ອນໄຫວຫຼາຍກວ່າຫຸ່ນຍົນແບບດັ້ງເດີມເຮັດໃຫ້ການອອກແບບມີຄວາມທ້າທາຍຫຼາຍ, ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ: ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການເຈາະ, ສູນເສຍພະລັງງານ ແລະນໍ້າມັນຮົ່ວ. ຫຸ່ນຍົນອ່ອນໆເຫຼົ່ານີ້ແນ່ນອນຕ້ອງການລັກສະນະການປິ່ນປົວດ້ວຍຕົນເອງ, ຄືກັບຫຸ່ນຍົນອ່ອນໆຫຼາຍໆຄົນແລ້ວ.
ຫຸ່ນຍົນອ່ອນທີ່ມີປະສິດທິພາບ ແລະແຂງແຮງສາມາດເປັນປະໂຫຍດຫຼາຍໃນຊີວິດຂອງມະນຸດ ຍ້ອນວ່າພວກມັນສາມາດເສີມສ້າງມະນຸດ ແລະເຮັດວຽກກັບພວກມັນໄດ້ຄືກັບຫຸ່ນຍົນ “ຮ່ວມມື” ຫຼາຍກວ່າຫຸ່ນຍົນທີ່ເຂົ້າມາແທນທີ່ມະນຸດ. ນອກຈາກນີ້, ແຂນທຽມແບບດັ້ງເດີມສາມາດອ່ອນນຸ້ມ, ສະບາຍ ແລະອ່ອນໄຫວ. ການສຶກສາເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນມີແນວໂນ້ມແລະຖ້າຫາກວ່າຄວາມຕ້ອງການສູງຂອງພະລັງງານສາມາດແກ້ໄຂໄດ້, ມັນມີທ່າແຮງທີ່ຈະປະຕິວັດອະນາຄົດຂອງຫຸ່ນຍົນໃນການອອກແບບແລະວິທີການທີ່ເຂົາເຈົ້າຍ້າຍອອກ.
***
{ທ່ານສາມາດອ່ານເອກະສານການຄົ້ນຄວ້າຕົ້ນສະບັບໄດ້ໂດຍການຄລິກທີ່ລິ້ງ DOI ທີ່ໃຫ້ໄວ້ຂ້າງລຸ່ມນີ້ໃນລາຍຊື່ແຫຼ່ງທີ່ອ້າງອີງ}
ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ (s)
1. Acome et al. 2018. ເຄື່ອງກະຕຸ້ນໄຟຟ້າສະຕິກທີ່ປິ່ນປົວຕົນເອງໄດ້ຂະຫຍາຍໄຮໂດຼລິກດ້ວຍປະສິດທິພາບຂອງກ້າມຊີ້ນ. ວິທະຍາສາດ. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. Kellaris et al. 2018. ເຄື່ອງກະຕຸ້ນ Peano-HASEL: ກ້າມ-ໄມຕີ້, ເຄື່ອງສົ່ງໄຟຟ້າໄຟຟ້າທີ່ເຮັດສັນຍາເປັນເສັ້ນໃນການເປີດໃຊ້ງານ. Science Robotics. 3(14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
