หุ่นยนต์กระตุ้นแสงเหินได้เหมือนของจริง
โดย COBY MCDONALD | เผยแพร่เมื่อ 7 กรกฎาคม 2016 22:00 น
เทคโนโลยี
สิ่งแวดล้อม
แบ่งปัน
httpswww.popsci.comsitespopsci.comfilesray_0.jpg
วิทยาการบาคาร่าหุ่นยนต์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติเป็นสนามที่ร้อนแรงในปัจจุบัน เราได้รายงานเกี่ยวกับหุ่นยนต์ที่ออกแบบมาเพื่อเลียนแบบแมลงสาบซาลาแมนเดอร์เสือชีตาห์งูทะเลและอื่นๆ โดยพื้นฐานแล้ว ถ้ามันยังมีชีวิตอยู่ ใครบางคนกำลังพยายามสร้างเวอร์ชันหุ่นยนต์ ดังนั้นหุ่นยนต์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากปลากระเบนอาจฟังดูเหมือนกันมากกว่า ไม่อย่างนั้น
หุ่นยนต์ว่ายน้ำตัวเล็กตัวนี้สร้างขึ้นโดยนักวิจัยจากแผนกวิศวกรรมชีวภาพและวิทยาศาสตร์ประยุกต์ของมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ใช้พลังงานจากเซลล์กล้ามเนื้อของหนู ทำให้เป็นหุ่นยนต์ที่ประกอบด้วยเครื่องจักรชีวภาพ เนื้อเยื่อชีวภาพส่วนหนึ่ง โครงการ “bio-bot” ก่อนหน้านี้ใช้ตัวกระตุ้นทางชีวภาพเพื่อสร้างการเคลื่อนไหว แต่กระเบนชีวภาพที่พัฒนาขึ้นโดยทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติและสหวิทยาการ ได้ผลักดันสนามไปข้างหน้าด้วยกลไกขับเคลื่อนที่ซับซ้อนซึ่งถูกกระตุ้นโดยแสง ซึ่งช่วยให้ไบโอบอทสามารถนำทางไปรอบๆ สิ่งกีดขวางได้ และนั่นเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของ
สิ่งที่ทำให้ปลากระเบนโรโบตัวนี้มีความพิเศษ
“สิ่งที่เรากำลังทำอยู่คือการใช้เครื่องมือจากหุ่นยนต์เพื่อทำความเข้าใจหัวใจ” คิท พาร์คเกอร์ ศาสตราจารย์จากฮาร์วาร์ดกล่าวกับPopular Science ปาร์คเกอร์เป็นนักสรีรวิทยาของหัวใจ และเขาเป็นคนที่ฝันถึงโครงการอันทะเยอทะยานนี้ ในระยะยาว เป้าหมายของเขาคือการใช้เทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังหุ่นยนต์กระเบนเพื่อสร้างหัวใจมนุษย์ทั้งหมดสำหรับเด็กที่เป็นโรคหัวใจ
เรย์หุ่นยนต์นิ่มที่ออกแบบเนื้อเยื่อ (ซ้าย) และสเก็ตแสดงสด *Leucoraja erinacea* (ขวา)
เรย์หุ่นยนต์นิ่มที่ออกแบบเนื้อเยื่อ (ซ้าย) และรองเท้าสเก็ตเล็ก ๆ น้อย ๆLeucoraja erinacea (ขวา) ได้รับความอนุเคราะห์จาก Karaghen Hudson
ช่วงเวลาแห่งแรงบันดาลใจของ Parker เกิดขึ้นที่พิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำนิวอิงแลนด์ เมื่อลูกสาวของเขาเอื้อมมือไปจับปลากระเบน แล้วมันก็ว่ายออกไป เขาตรงไปหาเพื่อนดุษฎีบัณฑิตในกลุ่ม Disease Biophysics ชื่อ Sung-Jin Park และบอกแผนของเขาแก่เขา “ฉันพูดว่า: เรากำลังจะสร้างรังสี เราจะสร้างมันจากหนู และเราจะทำให้มันมีแสงนำทาง” ปาร์กเกอร์กล่าว “สีหน้าของเขาทั้งสยองขวัญและเศร้า สยองขวัญที่ฉันคิดว่าวิธีนี้ใช้ได้และเสียใจที่เขาเดิมพันอาชีพทั้งหมดของเขากับฉันในฐานะที่ปรึกษา”
เขาใช้เวลาหนึ่งปี แต่ในที่สุดเขาก็โน้มน้าวให้ปาร์คทำ “เขาคือผู้สร้างความฝันของฉัน” ปาร์กเกอร์กล่าว
ปลากระเบนว่ายน้ำด้วยเทคนิคที่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรต่างชื่นชม เมื่อสองสามปีก่อนเราได้เขียนเกี่ยวกับวิธีการวิเคราะห์การเคลื่อนไหวของปลากระเบนเพื่อจุดประสงค์ในการออกแบบเรือดำน้ำที่ดีกว่า เคล็ดลับของความสามารถในการว่ายน้ำคือรูปร่างแบนกลม การเคลื่อนไหวของครีบครีบอกเป็นลูกคลื่น และแรงที่พวกมันสร้างขึ้นซึ่งเรียกว่า “กระแสน้ำวนระดับแนวหน้า” ซึ่งเป็นแรงเดียวกับที่ให้แรงขับของนก
เพื่อจำลองการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนนี้
ทีมสหวิทยาการของ Parker จึงต้องรวบรวมเทคโนโลยีและวัสดุต่างๆ มาไว้ด้วยกัน หรืออย่างที่ปาร์คเกอร์พูดไว้ว่า “มันทำมาจากหนูตัวหนึ่ง เต้านมเทียมเล็กน้อย และทองคำนิดหน่อย”
และเขาไม่ได้ล้อเล่น
พวกเขาเริ่มสร้างร่างกายของโรโบเรย์ด้วยชั้นของพอลิเมอร์ยืดหยุ่นที่โปร่งใส ซึ่งเรียกว่า “เต้านมเทียม” ดังกล่าว จากนั้นพวกเขาก็เข้ารหัสเซลล์หัวใจของหนูเพื่อตอบสนองต่อแสงสีฟ้า และจัดเซลล์ตาม “ครีบ” ของรังสีในรูปแบบคดเคี้ยว กล้ามเนื้อเหล่านี้จะช่วยให้ครีบงอลงได้ แต่เพื่อให้แน่ใจว่าพวกมันจะกลับสู่ตำแหน่งเริ่มต้น ทีมงานได้ทำวิศวกรรมย้อนกลับทางสรีรวิทยาของปลากระเบนเพื่อสร้างโครงกระดูกที่ทำจากทองคำ เพราะ Parker กล่าวว่า “เซลล์เหมือนทอง เหมือนกับที่คนทำ” พอลิเมอร์ชั้นสุดท้ายและปลากระเบนไบโอไฮบริดก็เสร็จสมบูรณ์ ด้วยความยาวเพียง 16 มม. และน้ำหนักเพียงสิบกรัม หุ่นยนต์ตัวเล็กนี้ดูเหมือนเหรียญใสที่มีหางเล็กน้อย
พวกเขาวางไบโอบอทขนาดเล็กลงในสารละลาย
น้ำเกลือที่เติมน้ำตาลเพื่อเลี้ยงเซลล์หนูและกระตุ้นด้วยแสงสีน้ำเงิน กล้ามเนื้อของหนูหดตัวตามลำดับตามแนวคดเคี้ยว ทำให้เกิดคลื่นที่เลียนแบบการเคลื่อนไหวว่ายของปลากระเบนที่มีชีวิต และที่สำคัญที่สุด มันขับเคลื่อนหุ่นยนต์ไปข้างหน้า นักวิจัยสามารถบังคับมันรอบสิ่งกีดขวางได้ด้วยการกดปุ่มด้วยจังหวะที่ไม่สมมาตร
Parker ให้เครดิต Sung-Jin Park กับงานส่วนใหญ่ในโปรเจ็กต์นี้ และสำหรับการไปพร้อมกับความคิดบ้าๆ ของเขา “ฉันได้รับไมล์สะสมมากมายจากการพูดว่า ‘ฉันบอกคุณแล้ว’”
ความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดอย่างที่ Parker เห็นคือเซลล์ใน robo-ray ทำหน้าที่เป็นทั้งตัวกระตุ้นและเซ็นเซอร์ ซึ่งเป็นก้าวสำคัญสู่เป้าหมายของเขาในการสร้างทั้งหัวใจ แต่คนอื่นๆ ที่ทำงานในโครงการนี้อาจเห็นแตกต่างออกไป เขากล่าว และนั่นคือความงดงามของสหวิทยาการแบบนี้
“หากคุณมีคนสี่คนกำลังดูงานศิลปะชิ้นหนึ่ง พวกเขาแต่ละคนมีการตีความที่แตกต่างกันออกไป วิทยาศาสตร์นี้ก็เหมือนกัน” เขากล่าว “นักชีววิทยาด้านหัวใจมองเห็นถึงความหมายของการสร้างหัวใจ นักชีววิทยาทางทะเลมองเห็นความนัยของการเคลื่อนตัวของกระเบน และวิศวกรหุ่นยนต์เห็นวิธีที่คุณสามารถใช้เซลล์เป็นวัสดุก่อสร้างได้”
