เครื่องจักรขนาดเล็ก: สิ่งที่ยิ่งใหญ่ต่อไปในวิทยาการหุ่นยนต์นั้นค่อนข้างเล็กจริงๆ

ครึ่งศตวรรษหลังจากที่นีล อาร์มสตรองกล่าวคำว่า "ก้าวกระโดดครั้งใหญ่ของมนุษยชาติ" นวัตกรรมทางเทคโนโลยีก็มีขนาดเล็กลง ใช่แล้ว เรายังคงตื่นเต้นไปกับอาคารขนาดมหึมาที่สูงตระหง่านและพลังที่ท้าทายแรงโน้มถ่วงของจรวด ความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดหลายประการเกิดขึ้นในระดับที่เล็กมากจนเกินจินตนาการ ปีกลาย. อุปกรณ์เคลื่อนที่ยุคใหม่ ไม่ว่าจะเป็นแล็ปท็อป สมาร์ทโฟน และนาฬิกาอัจฉริยะ มีขนาดเล็กลงจากรุ่นก่อนๆ ที่บางอยู่แล้วเพียงมิลลิเมตรเท่านั้น ทำให้อุปกรณ์ขนาดเล็กและพกพาอยู่แล้วมีขนาดเล็กลงและพกพาได้มากขึ้น เทคโนโลยี CRISPR/cas9 ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถแก้ไขยีนเดี่ยวได้ ก็สามารถขจัดโรคร้ายแรงออกไปได้ กระบวนการขนาดนาโนเมตรใหม่ช่วยให้นักออกแบบชิปสามารถบีบทรานซิสเตอร์ลงบนพื้นผิวของวงจรรวมได้มากขึ้น พลังการประมวลผลเพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ 12-18 เดือนในกระบวนการนี้

โลกของหุ่นยนต์ก็ไม่แตกต่างกัน คิดว่าหุ่นยนต์อย่าง Boston Dynamics’ หุ่นยนต์ Spot ที่ได้แรงบันดาลใจจากสุนัข หรือ หุ่นยนต์ Atlas รูปทรงคล้ายมนุษย์ อยู่ด้านบนสุดของกองนวัตกรรม เพียงเพราะว่ามองเห็นได้ชัดเจนที่สุดใช่หรือไม่? ไม่เร็วนัก! ในส่วนท้ายสุดของสเปกตรัม ความก้าวหน้าอาจไม่ชัดเจนนัก แต่หากพิจารณาจากขนาดแล้ว ความก้าวหน้าเหล่านั้นอาจน่าตื่นเต้นยิ่งกว่านั้นอีก

ยินดีต้อนรับสู่โลกของหุ่นยนต์ขนาดเล็ก ประเภทของหุ่นยนต์ที่ดึงดูดความสนใจได้น้อยกว่ารุ่นใหญ่ที่เป็นโลหะ แต่อาจมีการเปลี่ยนแปลงทุกอย่าง หุ่นยนต์เหล่านี้อาจมีประโยชน์สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การผ่าตัดด้วยกล้องจุลทรรศน์หรือระดับนาโน ไปจนถึงการสำรวจดาวเคราะห์ดวงอื่น

ตัวอย่างมีอยู่ทั่วไป

มีการสาธิตการใช้งานเทคโนโลยีนี้อยู่ทุกหนทุกแห่ง เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเซาเทิร์น แคลิฟอร์เนีย ได้สร้าง หุ่นยนต์บินได้แรงบันดาลใจจากแมลง ที่มีน้ำหนักเพียง 95 มิลลิกรัมและมีขนาดเล็กกว่าเพนนี

ในขณะเดียวกัน ที่สถาบัน Max Planck สำหรับระบบอัจฉริยะของเยอรมนี ก็มีวิศวกรเช่นกัน สร้างรถบังคับเลี้ยวขนาดเล็ก. นั่นฟังดูไม่แปลกเลยจนกว่าคุณจะได้ยินว่ารถคันดังกล่าวไม่ใช่รถขนาดเล็ก เช่น Chevrolet Spark หรือ Ford Fiesta แต่เป็นหุ่นยนต์รูปทรงรถยนต์ที่มีขนาดเพียง 40 ถึง 50 ไมโครเมตร ขนาด. นั่นคือประมาณครึ่งหนึ่งของเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์หนึ่งเส้น ห้องปฏิบัติการได้สร้างชุดไมโครแมชชีนเคลื่อนที่แบบประกอบเองได้ ซึ่งสามารถตั้งโปรแกรมให้ประกอบในรูปแบบต่างๆ ที่หลากหลายได้ ขึ้นอยู่กับว่าต้องการอะไร และนั่นไม่ใช่ทั้งหมด

“ทีมงานของเราได้เสนอไมโครโรบอตสังเคราะห์และไฮบริดชีวภาพใหม่ [จำนวน] รายการ” ดร.เมติน สิทธิผู้อำนวยการแผนกข่าวกรองทางกายภาพของสถาบัน Max Planck กล่าวกับ Digital Trends “ในฐานะหุ่นยนต์สังเคราะห์ขนาดเล็ก เราได้สาธิตหุ่นยนต์เคลื่อนที่ไร้สายที่ตั้งโปรแกรมรูปร่างได้หลายแบบพร้อมความสามารถในการเคลื่อนไหวหลายรูปแบบและการทำงานแบบมัลติฟังก์ชั่น หุ่นยนต์ตัวจิ๋วที่อ่อนนุ่มดังกล่าวได้รับแรงบันดาลใจจากสัตว์ตัวเล็กๆ ที่อ่อนนุ่ม เช่น แมงกะพรุน หนอนผีเสื้อ ตัวอุ่น อสุจิ และตัวอ่อนของด้วง ในฐานะไมโครโรบอทชีวภาพไฮบริด เราได้เสนอ [ยัง] นักว่ายน้ำขนาดเล็กที่ขับเคลื่อนด้วยแบคทีเรียและสาหร่ายเพื่อส่งสิ่งที่แนบมาด้วย สินค้าในภูมิภาคเป้าหมายในขณะที่รับรู้ถึงสภาพแวดล้อมระดับจุลภาค [เช่น] การไล่ระดับสารเคมีหรือออกซิเจน การเปลี่ยนแปลง pH และ แสงสว่าง."

คำว่า "พวกเขา" ในรูปแบบพหูพจน์มักถูกใช้บ่อยเมื่อผู้คนพูดถึงไมโครบอท เราอาจพิจารณาให้มีหุ่นยนต์ขนาดใหญ่หลายตัวทำงานร่วมกัน แต่มีแนวโน้มว่าจะมีเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่ทำงานร่วมกันได้ เพื่อถอดความ "ถนนแห่งความฝันที่แตกสลาย" ของ Green Day หุ่นยนต์ขนาดนี้ได้รับการออกแบบให้เดิน (หรือม้วนตัว คลาน ว่ายน้ำ หรือกระโดด) เพียงอย่างเดียว ไม่ใช่กรณีที่อยู่ปลายสเปกตรัมที่เล็กกว่า

“ด้วยหุ่นยนต์แบบดั้งเดิม หุ่นยนต์จะต้องมีความซับซ้อนและสามารถทำงานที่ซับซ้อนได้ด้วยตัวเอง” Dea Gyu Kim ผู้สมัครระดับปริญญาเอกที่ทำงานเกี่ยวกับไมโครโรบอทที่ Georgia Tech กล่าว “อย่างไรก็ตาม ด้วยไมโครโรบอท พวกมันอาจมีราคาถูกและเรียบง่ายกว่า แทนที่จะอาศัยหุ่นยนต์ [a] ตัวเดียวในการดำเนินการที่ซับซ้อนเฉพาะเจาะจง กลุ่มใหญ่สามารถโต้ตอบในรูปแบบที่แตกต่างกันเพื่อให้บรรลุการกระทำที่แตกต่างกันได้”

หุ่นยนต์ที่คิมกำลังทำอยู่นั้นมีความยาวประมาณ 2-3 มิลลิเมตร ซึ่งมีขนาดประมาณมด (แม้ว่าในอนาคตทางทีมงานหวังให้มีขนาดเล็กลงก็ตาม) เรียกว่า “ขนแปรงบอท” ผลงานที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติเดินบนขาคล้ายขนสี่หรือหกขา เนื่องจากมีแอคชูเอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกที่ทำจากลีดเซอร์โคเนตไททาเนตที่ด้านหลัง จึงสามารถควบคุมทิศทางได้โดยใช้การสั่นสะเทือนเพียงเล็กน้อย

เราจะใช้มันอย่างไร?

“การใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริงที่เหมาะสมที่สุด [สำหรับหุ่นยนต์เหล่านี้] สำหรับฉันคือการใช้บริสเทิลบอทกลุ่มใหญ่เพื่อเข้าถึงพื้นที่ที่เข้าถึงยาก เช่น รอยแตกภายในโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่หรือช่องว่างเล็กๆ ในเครื่องจักรที่ซับซ้อน ซึ่งมนุษย์หรือหุ่นยนต์ทั่วไปไม่สามารถไปสำรวจได้” คิม อย่างต่อเนื่อง "[พวกเขาสามารถทำงานได้โดย] เลียนแบบพฤติกรรมการหาอาหารของแมลงและ [ส่ง] ข้อมูลย้อนกลับที่น่าสนใจ"

ในขณะเดียวกัน Metin Sitti คิดว่าวงการการแพทย์คือจุดที่หุ่นยนต์จิ๋วเหล่านี้จะมีประโยชน์มากที่สุด “ผมเชื่อว่าผลกระทบทางวิทยาศาสตร์และสังคมสูงสุดของไมโครโรโบติกเคลื่อนที่จะอยู่ในการดูแลสุขภาพ ซึ่งที่นั่น ไมโครโรบอทไร้สายสามารถเข้าถึงพื้นที่ที่ไม่เคยมีมาก่อนหรือเข้าถึงได้ยากภายในร่างกายมนุษย์” สิทธิ อย่างต่อเนื่อง “[นั่นอาจมีประโยชน์] สำหรับการวินิจฉัยทางการแพทย์และการรักษาแบบไม่รุกรานหรือรุกรานน้อยที่สุดในระยะเวลาสั้นหรือยาว ดังนั้นกลุ่มของฉันจึงมุ่งเน้นไปที่การใช้ไมโครหุ่นยนต์ตัวใหม่ของเราสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ที่หลากหลาย เช่น การรักษามะเร็งแบบกำหนดเป้าหมาย การอุดตันของหลอดเลือด การเปิดลิ่มเลือด การตรวจชิ้นเนื้อ และการผ่าตัดขนาดเล็ก”

มีแนวคิดอีกมากมายที่ทั้งสองมาจากที่นี้เช่นกัน จากตัวแทนการถ่ายภาพต่อเนื่องไปจนถึงทีมไมโครของหุ่นยนต์ที่สามารถเคลื่อนย้ายวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าตัวมันเองไปจนถึงไมโครหุ่นยนต์ที่ควบคุมด้วยแม่เหล็กซึ่งสามารถถอดออกได้ โลหะหนักจากน้ำที่ปนเปื้อนมีบางพื้นที่ที่ไมโครโรบอตไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ในบางด้าน เนื่องจากนักวิจัยได้แสดงความสามารถในการเคลื่อนที่ผ่านภูมิประเทศหลายประเภทมากขึ้น ตั้งแต่ทางลาดเอียงไปจนถึงการว่ายผ่านของเหลวในร่างกาย สิ่งเหล่านี้กลับมีประโยชน์มากขึ้นเท่านั้น

แน่นอนว่าปัญหาคอขวดยังคงมีอยู่ เช่นเดียวกับหุ่นยนต์ขนาดใหญ่ สิ่งเหล่านี้รวมถึงความท้าทายในการขับเคลื่อนหุ่นยนต์โดยไม่ต้องผูกเชือก ทำให้หุ่นยนต์มีความคล่องตัวมากขึ้น และผลิตจำนวนมากได้ง่ายขึ้น ในกรณีของการใช้งานทางการแพทย์ จะต้องได้รับการพิสูจน์ว่าปลอดภัยก่อนจึงจะนำไปใช้ได้ การเดินทางที่ยอดเยี่ยมภารกิจ -style ผ่านร่างกายมนุษย์ แต่ความท้าทายเหล่านี้กำลังดำเนินการ ปรับปรุง และในหลายกรณี ได้รับการแก้ไขโดยนักวิจัยจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ทั่วโลก

ดังที่นักฟิสิกส์ Richard Feynman เคยกล่าวไว้เกี่ยวกับสาขานาโนเทคโนโลยี ซึ่งเป็นลูกพี่ลูกน้องของไมโครหุ่นยนต์ว่า “ด้านล่างมีพื้นที่มากมาย” แต่นั่นไม่ได้เกิดจากการขาดความสนใจอย่างแน่นอน!

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• สิ่งที่ยิ่งใหญ่ทางวิทยาศาสตร์ต่อไปอยู่ในกระเป๋าของคุณแล้ว
• อนาคตของการผลิต: มองไปข้างหน้าสู่ยุคถัดไปของการผลิตสิ่งต่างๆ
• อนาคตของ A.I.: 4 เรื่องสำคัญที่ต้องจับตามองในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
• หุ่นอัจฉริยะ: เทคโนโลยีการเข้าปะทะด้วยหุ่นยนต์กำลังเปลี่ยนแปลงการฝึกซ้อมฟุตบอลอย่างไร
• ข้อมูลช่วยให้หุ่นยนต์ดูดฝุ่นทำความสะอาดบ้านของคุณอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดได้อย่างไร