จะเกิดอะไรขึ้นถ้าโดรนตัวหนึ่งบินได้เหมือนนก แล้วอยู่ๆ ก็ดำดิ่งลงน้ำแบบไม่มีสะดุด? ทีมนักวิจัยจาก MIT และ EPFL (สถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส โลซาน) เพิ่งทำสิ่งนี้สำเร็จ ด้วยการสร้างหุ่นยนต์ (robot swims) ขนาดเท่าตัวนกตัวแรกของโลก ที่บิน ว่ายน้ำ ดำน้ำ และทะยานกลับขึ้นฟ้าได้ด้วยปีกคู่เดียว โดยไม่ต้องมีใบพัด ขา หรือกลไกพับปีกซับซ้อนใดๆ เลย
แรงบันดาลใจมาจากนกกว่า 100 ชนิดในธรรมชาติ
ที่สลับไปมาระหว่างน้ำและอากาศได้อย่างลื่นไหล เช่น ดิ่งลงล่าเหยื่อแล้วบินกลับขึ้นฟ้าทันที โจทย์ยากที่สุดของทีมวิจัยคือน้ำมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศถึง 800 เท่า ทำให้กลไกทั่วไปรับแรงต้านที่เปลี่ยนกะทันหันแบบนี้ไม่ไหว ทีมจึงออกแบบปีกที่งอตามแรงต้านใต้น้ำได้ถึง 90 องศาโดยอัตโนมัติ ลดภาระมอเตอร์ และปรับความถี่การกระพือปีกให้ต่างกันไปตามสภาพแวดล้อม คือสูงถึง 11 เฮิรตซ์บนอากาศ แต่ลดเหลือแค่ 0.1-6 เฮิรตซ์ใต้น้ำ พร้อมออกแบบให้ตัวหุ่นยนต์ลอยตัวเป็นกลาง ไม่ลอยไม่จมเอง ช่วยประหยัดพลังงานแบตเตอรี่ได้มาก โดยทั้งตัวหนักเพียงประมาณ 250 กรัม
จุดที่ยากที่สุดจริงๆ ไม่ใช่การบินหรือว่ายน้ำ
แต่เป็นเสี้ยววินาทีที่ต้องทะยานตัวเองขึ้นจากผิวน้ำด้วยปีกคู่เดิม ซึ่งหุ่นยนต์ตัวนี้ทำได้ในเวลาไม่ถึง 1 วินาที ด้วยการกระพือปีกเพียง 8-10 ครั้ง แต่ต้องอาศัยเงื่อนไขที่แม่นยำมาก ทั้งความแข็งของปีก ความยาวหาง และมุมทะยานออกจากน้ำที่ต้องอยู่ราว 70 องศาพอดี ถ้าราบเกินไปหางจะลากจม แต่ถ้าตั้งฉากเกินไปก็จะพลิกคว่ำตกลงมาแทน
นอกจากความสำเร็จทางวิศวกรรมแล้ว flapping robot swims
หุ่นยนต์ตัวนี้ยังช่วยไขปริศนาพฤติกรรมนกจริงในธรรมชาติ ข้อมูลชี้ว่าการที่นกหดปีกใต้น้ำอาจเป็นไปเพื่อเพิ่มความเร็วมากกว่าประหยัดพลังงานอย่างที่เคยเข้าใจ และยังพบว่าประสิทธิภาพทางอากาศพลศาสตร์ของหุ่นยนต์ใกล้เคียงกับนกจริงมาก อีกทั้งข้อมูลยังบอกด้วยว่าถ้าระยะทางเกิน 15.5 เมตร การบินจะประหยัดพลังงานกว่าการว่ายน้ำอย่างชัดเจน หุ่นยนต์จึงเลือก “บินข้ามแล้วค่อยดำ” แทนการว่ายอ้อม เหมือนคนเดินอ้อมริมทะเลสาบแทนที่จะลุยน้ำลึก
ที่น่าสนใจไม่แพ้กันคือต้นทุนวัสดุเพียงราว 300 ดอลลาร์สหรัฐ หรือประมาณหมื่นกว่าบาทเท่านั้น และทีมวิจัยยังแจกไฟล์ CAD แบบเปิดให้ทุกคนที่มีเครื่องพิมพ์ 3 มิติสร้างเองได้ที่บ้าน เป้าหมายคืออยากให้นักสมุทรศาสตร์ นักชีววิทยาทางทะเล หรือคนในชุมชนชายฝั่ง ปล่อยหุ่นยนต์ตัวนี้จากเรือหรือชายหาด ให้มันบินไปยังจุดที่สนใจอย่างภูเขาน้ำแข็ง ท่าเรือ หรือฝูงวาฬ แล้วดำน้ำเก็บตัวอย่างก่อนบินกลับมาส่งข้อมูล ในต้นทุนที่ถูกกว่าวิธีเดิมมาก แม้ตอนนี้ยังต้องบังคับมือ แต่ก้าวต่อไปคือการพัฒนาให้บินอัตโนมัติเต็มรูปแบบ
tags : actu.epfl
