ทีมนักวิจัยจากคณะวิศวกรรมการออกแบบและสิ่งแวดล้อม (CDE) ของมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ (NUS CDE) ได้พัฒนา “ผิวอิเล็กทรอนิกส์” (Electronic Skin หรือ E-Skin) รุ่นใหม่ ที่สามารถตรวจจับแรงสัมผัส ตรวจสอบความเสียหาย และซ่อมแซมตัวเองได้แม้อยู่ใต้น้ำ
การรวมความสามารถทั้งการรับรู้ การตรวจจับความเสียหาย และการซ่อมแซมไว้ในอุปกรณ์เพียงชิ้นเดียว ช่วยยืดอายุการใช้งานของเครื่องจักรและหุ่นยนต์ที่ทำงานใต้น้ำ เช่น อุปกรณ์ดำน้ำและหุ่นยนต์ทางทะเล ลดความจำเป็นในการบำรุงรักษาและเพิ่มความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานในสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย
โลกใต้มหาสมุทรคือหนึ่งในสภาพแวดล้อมที่โหดร้ายที่สุดสำหรับอุปกรณ์ไอที ต้องเจอทั้งความเย็นจัด แรงดันมหาศาล และคราบเกลือที่พร้อมกัดกร่อนทุกสิ่ง ส่งผลให้เซนเซอร์ตรวจจับทั่วไปมักพังเสียหายได้ง่าย
ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ (NUS CDE )
ได้พัฒนาผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์ชนิดใหม่ในชื่อระบบ SMES (Self-healing Magnetoelectric Sensory System) ที่ไม่เพียงแต่สัมผัสและตรวจจับสิ่งรอบตัวใต้น้ำได้แต่ยังรู้สึกเจ็บและซ่อมแซมตัวเองได้ เมื่อเกิดบาดแผล ไม่ต่างจากผิวหนังของมนุษย์
ความลับของเทคโนโลยีนี้อยู่ที่การออกแบบวัสดุซ้อนทับกันเป็นชั้นๆ โดยใช้ยางอีลาสโตเมอร์ชนิดพิเศษที่มีความยืดหยุ่นสูง ผสานเข้ากับเส้นทางเดินกระแสไฟฟ้าที่ทำจากโลหะเหลว ซึ่งสามารถบิดโค้งและยืดออกได้โดยไม่ขาดออกจากกัน
กลไกการทำงานถูกแบ่งออกเป็น 2 ชั้นหลักคือ
1.ชั้นบน – ระบบแจ้งเตือนความเจ็บปวด เมื่อวัสดุถูกเจาะหรือตัดจนขาด วงจรโลหะเหลวจะถูกรบกวน ส่งผลให้ค่าความต้านทานไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้นทันที ความต้านทานที่เปลี่ยนแปลงนี้จะทำหน้าที่เปรียบเสมือนสัญญาณความเจ็บปวด ส่งไปยังระบบเพื่อแจ้งเตือนว่าเกิดบาดแผลขึ้นแล้ว ไม่ใช่แค่การถูกสัมผัสตามปกติ
2.ชั้นล่าง – เซนเซอร์รับสัมผัสและระยะใกล้ ใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า โดยวางแม่เหล็กขนาดเล็กไว้ข้างขดลวดโลหะเหลว เมื่อมีแรงกดหรือมีวัตถุเคลื่อนที่เข้ามาใกล้ สนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนแปลงและสร้างแรงดันไฟฟ้าขึ้นมาเอง ทำให้ตัวเซนเซอร์สามารถรับรู้การสัมผัสและตรวจจับวัตถุที่กำลังเข้าใกล้ได้โดยไม่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าจากภายนอกมาเลี้ยงตลอดเวลา
ความน่าทึ่งอีกประการคือ กลไกการฟื้นฟูตัวเอง โครงสร้างโมเลกุลของวัสดุมีพันธะเคมีแบบย้อนกลับได้ เมื่อผิวหนังเกิดบาดแผลและถูกกดเข้าหากัน โมเลกุลจะเริ่มเชื่อมต่อใหม่โดยอัตโนมัติ จากการทดสอบพบว่า แผลขนาดเล็กสามารถฟื้นฟูประสิทธิภาพทางไฟฟ้าได้ภายในไม่กี่วินาที ส่วนแผลขนาดใหญ่ การทดสอบใต้น้ำลึกพบว่ามันสามารถซ่อมแซมตัวเองได้เกือบ 100% ภายใน 10 วัน ซึ่งมีประสิทธิภาพดีกว่าการซ่อมแซมบนบกเสียอีก
จากห้องทดลองสู่การใช้งานจริง โดยทีมวิจัยได้ทดลองนำ ผิวหนังอิเล็กทรอนิกส์ นี้ไปประยุกต์ใช้งานจริงผ่านชิ้นงานต้นแบบ 2 รูปแบบ
- ถุงมือดำน้ำอัจฉริยะ โดยติดตั้งเซนเซอร์ไว้ที่ปลายนิ้ว เพื่อแปลงภาษามือของนักดำน้ำ (เช่น “ช่วยเหลือ”, “กำลังขึ้น”, “กำลังลง”) เป็นสัญญาณ Bluetooth ส่งไปยังสมาร์ทโฟนได้ทันที พร้อมไฟ LED สีแดงที่จะสว่างขึ้นเมื่อผิวหนังถุงมือได้รับความเสียหาย
- แขนกลหุ่นยนต์ใต้น้ำ ที่ช่วยให้หุ่นยนต์สามารถจับต้องวัตถุที่มีความคมอย่างเปลือกหอยได้ โดยมีไฟสัญญาณจราจร 3 สีแสดงสถานะ (สีเขียว = ปกติ, สีเหลือง = มีบาดแผลเล็กน้อยกำลังซ่อมแซมตัวเอง, สีแดง = เสียหายรุนแรงต้องกู้คืน)
เทคโนโลยีนี้ถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญ สำหรับอุตสาหกรรมสำรวจและซ่อมบำรุงใต้น้ำ ในอนาคตหุ่นยนต์สำรวจท่อส่งน้ำมัน แท่นขุดเจาะ หรือสายเคเบิลใต้ทะเล จะสามารถทำงานต่อเนื่องได้ยาวนานขึ้นโดยไม่ต้องถูกดึงขึ้นมาบนผิวน้ำทุกครั้งที่เซนเซอร์เกิดฉีกขาด ซึ่งช่วยลดต้นทุนและระยะเวลาในการทำงานลงได้อย่างมหาศาล
นอกจากนี้ ความสามารถในการรับรู้ความเจ็บปวดและฟื้นฟูตัวเอง ยังเป็นรากฐานสำคัญในการพัฒนาอวัยวะเทียม และหุ่นยนต์นิ่มในอนาคต ให้สามารถปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์ได้อย่างปลอดภัยและทนทานต่ออุบัติเหตุในชีวิตประจำวันมากขึ้น
