ดังเช่นแมงมุมชนิดอื่นๆ แมงมุมพิษ Mexican Redknee Tarantula สายพันธ์ Brachypelma Smithii งอข้อต่อต่างๆบนขาของมันโดยไม่ใช้กล้ามเนื้อหรือกระดูก แต่ใช้ระบบการควบคุมความดันของๆเหลวในร่างกายในการยืดและงอข้อต่อต่างๆ นักวิทยาศาสตร์จึงใช้ความคิดนี้มาประยุกต์ใช้ในการสร้างตัวขับสำหรับหุ่นยนต์และชุดสำรวจอวกาศจากกลไกการขับเคลื่อนในขาของแมงมุม แมงมุมอาจไม่ใช่สิ่งมีชีวิตที่เหมาะต่อการสำรวจอวกาศ แต่การวิจัยล่าสุดของสองนักวิทยาศาสตร์ คาร์โล เมนอน (Carlo Menon) และคริสเตียน ไลร่า (Cristian Lira) แสดงให้เห็นว่ากลไกควบคุมการเคลื่อนที่ในขาแมงมุมอาจเป็นทางออกที่ดีมากต่อการสำรวจอวกาศซึ่งต้องสามารถทนต่อสภาวะแวดล้อมที่เลวร้ายในอวกาศเช่นอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ความดันที่ไม่คงที่ หรือชั้นบรรยากาศที่ไม่อาจคาดเดาได้ ทั้งนี้นักวิจัยทั้งสองได้ออกแบบต้นแบบ “แท่งชาญฉลาด” (Smart Stick) ที่มีน้ำหนักเบาและมีข้อต่อที่สามารถปรับงอได้โดยระบบ ไฮโดรลิคขนาดจิ๋วลักษณะเดียวกับกลไกในขาของแมงมุม เมนอนและไลร่าได้อธิบายในนิตยสาร Bioinspiration and Biomimetics เล่มล่าสุดว่าสัตว์แทบทุกประเภทจะใช้กล้ามเนื้อที่เรียกว่า extensors ในการงอ/ยืดข้อต่อต่างๆในร่างกายของมันซึ่งต่างออกไปจากแมงมุม แมงมุมเป็นสัตว์ที่ไม่มีกระดูก มีเปลือกนอกที่ค่อนข้างแข็ง และมีขาแปดขาที่จะยึดติดอยู่กับส่วนตัว (prosoma) ซึ่งจะทำหน้าที่ปั๊มของเหลวในร่างกายเข้าสู่ส่วนขาโดยการหดหรือพองตัว ถึงแม้แมงมุมจะไม่มีเส้นเลือดและไม่มีแม้แต่ “เลือด” ตามหลักชีววิทยา มันก็มีของเหลวความดันสูงที่เรียกว่า “ Haemolymph ” หล่อเลี้ยงอยู่ทั่วตัว เมนอนได้ให้สัมภาษณ์กับเว็บไซต์ข่าวเทคโนโลยีชื่อดัง PhysOrg.com ว่างานหลักของทีมวิจัยของเขาคือการค้นหาแรงบันดาลใจจากธรรมชาติเพื่อนำมาประยุกต์ใช้กับการพัฒนาการต่างๆในงานวิศวกรรมระบบสำรวจอวกาศ (Space Engineering) เขายังกล่าวต่อไปว่าทีมวิจัยของเขาได้เล็งเห็นถึงคุณลักษณะของระบบการควบคุมของเหลวในแมงมุมซึ่งจะสามารถตอบความต้องการในขนาดที่เล็กกะทัดรัดและสัดส่วนแรงต่อน้ำหนัก (ratio of force per unit mass) ของตัวขับ ( Actuator ) ที่จะนำไปใช้ในอวกาศSmart Stick ของเมนอนและไลร่ามีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเพียง 1 มิลลิเมตรซึ่งใหญ่กว่าขนาดจริงขาแมงมุมเพียงเล็กน้อย ข้อต่อหนึ่งข้อจะทำให้ Smart Stick สามารถงอเพียง 1.8 องศา นักวิจัยจึงคิดค้นระบบง่ายๆเพื่อเชื่อมต่อข้อต่อ Smart Stick หลายๆอันเข้าด้วยกันเพื่อทำให้ Smart Stick สามารถงอได้มากขึ้น แต่ละหน่วยควบคุมประกอบไปด้วยตัวขับที่สามารถยืดหยุ่นเพื่อยุบหรือพองตามความดันภายในและท่อเล็กๆ (Tube) ที่จะวางขั้นกลางข้อต่อแต่ละข้อ เมื่อต้องการงอข้อต่อ Smart Stick ระบบไฮโดรลิคจะฉีดน้ำผ่านท่อเล็กๆดังกล่าวทำให้ตัวขับถูกอัดด้วยของเหลวภายในพองออกและทำให้ Smart Stick แยกออกจากกันตามรูปด้านบน โดยตัววัดจะทำหน้าที่ส่งข้อมูลด้านความดันที่วัดได้ย้อนกลับไปสู่ส่วนประมวลผลเพื่อทำการควบคุมเพิ่มหรือลดความดันแบบมีการป้อนสัญญาณย้อนกลับ (Feedback Control) นักวิจัยและผู้เชี่ยวชาญด้านโครงสร้างแบบเยื่อบางๆ ( Gossamer Structures) เพื่อการใช้งานในอวกาศกล่าวว่า การประยุกต์ใช้ อุปกรณ์ต่างๆในอวกาศจำเป็นต้องคำนึงถึงโครงสร้าง กลไก และระบบที่จะสามารถตอบสนองต่องานที่มีความท้าทายสูง ทั้งยังจะต้องมีขนาด ปริมาตร และน้ำหนักที่น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ การพับและเปลี่ยนแปลงรูปร่างของท่อเล็กๆใน Smart Stick ทำให้ความต้องการของเครื่องกลและข้อต่อต่างๆมีลดลง ซึ่งจะทำให้ระบบการควบคุมง่ายขึ้น ทั้งยังเสถียรและมีน้ำหนักที่เบาอย่างไม่น่าเชื่อนอกจากความต้องการที่จะทำให้วัสดุในการทำ Smart Stick เบาแล้ว กลไกต่างๆของ Smart Stick ยังจะต้องสามารถทนต่ออนุภาคที่มีพลังงานสูง อนุภาคที่มีประจุ และรังสีต่างๆในอวกาศให้ได้ ในเบื้องต้นเมนอนและไลร่าออกแบบ Smart Stick สำหรับสภาวะบนโลก แต่เชื่อว่าในอนาคตทีมวิจัยของเขาจะเปลี่ยนไปใช้วัสดุที่มีความยืดหยุ่นที่สูงกว่าปัจจุบันและนำของเหลวมาใช้แบบระบบปิด (Closed Fluid Loop) นอกจากระบบปิดจะทำให้ความดันของๆเหลวในระบบควบคุมสูงขึ้นแล้ว ระบบปิดยังจะช่วยลดปัญหาเกี่ยวกับการรั่วไหลของๆเหลวออกจากระบบซึ่งมักจะเป็นปัญหาที่ต้องแก้ไขสำหรับวิศวกรรมระบบสำรวจอวกาศเมนอนกล่าวว่า “ข้อต่อที่มีน้ำหนักเบาสามารถนำไปใช้ได้กับกลไกสำหรับงานสำรวจอวกาศหลายประเภท ยกตัวอย่างเช่นระบบควบคุมหุ่นยนต์ขนาดเล็ก มือหุ่นยนต์ขนาดเล็ก หรือฝังลงในระบบที่สามารถพับหรืองอได้” Smart Stick ยังอาจจะต้องใช้เวลาอีกซักพักกว่าที่มันจะถูกนำไปใช้ในอวกาศได้จริง ไลร่าจึงเล็งเห็นถึงประโยชน์ในเบื้องต้นสำหรับกลไกในระบบความคุมของเหลวของ Smart Stick ไลร่ากำลังทำการวิจัยในโครงสร้างใยที่ยืดหยุ่นได้เพื่อสวมใส่ในการช่วยรองรับน้ำหนักและสรีระของมนุษย์ในขณะที่ต้องยืนทำงานหรือนั่งเป็นเวลานานเพื่อให้ไม่รู้สึกเหนื่อยล้า ใยที่มีความยืดหยุ่นนี้ถูกเรียกว่า “Variable Structure Fabric” (VSF) เทคโนโลยี VSF นี้ได้นำความคิดที่ได้มาจากตัวขับชนิดพึ่งพาของเหลวอย่าง Smart Stick มาใช้ในการผลิตเสื้อผ้าที่ใช้ในด้านเฉพาะทาง ตะเข็บเบาะรถ หรือแม้แต่กางเกงใน!
อ้างอิงจาก http://www.vcharkarn.com/vcafe/59807
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น