- Hopcopter เป็นหุ่นยนต์กระโดดขาเดียวที่ออกแบบมาเพื่อตอบสนองต่อภูมิประเทศที่ยากลำบาก
- พื้นรองเท้าแบบใหม่ช่วยเพิ่มความสามารถในการข้ามอุปสรรคและประหยัดพลังงาน
- การออกแบบพื้นรองเท้าช่วยลดความผิดพลาดในการบินและเพิ่มประสิทธิภาพให้เหมาะสมกับภูมิประเทศที่แตกต่างกัน
- ทีมวิจัยมีแผนที่จะพัฒนาระบบนำทางอัตโนมัติเพื่อขยายขอบเขตการใช้งานจริง
วิศวกรจากมหาวิทยาลัยโตรอนโตได้ออกแบบพื้นรองเท้าที่มีความยืดหยุ่นสำหรับหุ่นยนต์กระโดดขาเดียว เพื่อให้สามารถรับมือกับทราย น้ำแข็ง และภูมิประเทศที่ยากลำบากอื่น ๆ หุ่นยนต์ที่มีชื่อว่า Hopcopter นี้ เป็นโดรนสี่ใบพัดที่ตั้งอยู่บนขาใหญ่ที่มีสปริง ทีมวิจัยมีเป้าหมายที่จะนำไปใช้ในงานค้นหาและช่วยชีวิต การตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐานในพื้นที่ห่างไกล และแม้กระทั่งการสำรวจระหว่างดาว ผลงานวิจัยที่เกี่ยวข้องได้เผยแพร่ในวารสาร Advanced Intelligent Systems โดยมีศาสตราจารย์ Pakpong Chirarattananon จากภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและอุตสาหกรรมเป็นผู้เขียนหลัก
Chirarattananon กล่าวว่า โดรนมีต้นทุนต่ำ สามารถบินข้ามภูมิประเทศต่าง ๆ และมีประสิทธิภาพในการถ่ายภาพและวิดีโอ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้องมีน้ำหนักเบา โดรนจึงมีข้อจำกัดในการบรรทุกของ และระยะการบินถูกจำกัดโดยเชื้อเพลิงที่สามารถพกพาได้ ในทางกลับกัน หุ่นยนต์ที่ใช้ล้อและขาสามารถบรรทุกของได้มากขึ้นและเดินทางได้ไกลขึ้น แต่มีต้นทุนที่สูงกว่าและอาจไม่สามารถรับมือกับภูมิประเทศที่ขรุขระได้ เขาเชื่อว่ามีพื้นที่สำหรับการพัฒนาหุ่นยนต์รูปแบบใหม่ระหว่างสองประเภทนี้ ห้องปฏิบัติการของเขา ซึ่งมีชื่อว่า "CLIMB" (Convergent Robotics, Intelligent Mechanisms, and Bio-inspired Robots) ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติในการออกแบบ เพื่อสร้างสมดุลระหว่างช่วงการทำงาน ประสิทธิภาพ ต้นทุน และความจุในการบรรทุก
การออกแบบของ Hopcopter ได้รับแรงบันดาลใจจากนก ซึ่งไม่บินอยู่ในอากาศตลอดเวลา แต่จะโบยบินระหว่างจุดต่าง ๆ และพักผ่อนในระยะเวลานาน บางครั้งยังกระโดดบนพื้น ดร. Song Li นักศึกษาปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยเมืองฮ่องกงได้มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาหุ่นยนต์นี้ในระหว่างการแลกเปลี่ยนทางวิชาการที่โตรอนโต ขาของ Hopcopter ทำให้จุดศูนย์ถ่วงสูงกว่าพื้นดิน และยางที่ถูกดึงไว้ล่วงหน้าช่วยชดเชยแรงโน้มถ่วงและแรงอื่น ๆ ผู้เขียนหลัก ดร. Jeeraphat (Owen) Kledkruemas นักศึกษาปริญญาเอกในสาขาวิศวกรรมเครื่องกลและอุตสาหกรรม ชี้ให้เห็นว่า นี่ทำให้หุ่นยนต์นี้ง่ายต่อการสร้างแบบจำลองและควบคุมมากกว่าหุ่นยนต์กระโดดอื่น ๆ
ฟังก์ชันการกระโดดทำให้หุ่นยนต์สามารถข้ามอุปสรรคที่หุ่นยนต์ที่ใช้ล้อหรือขาไม่สามารถผ่านได้ พร้อมทั้งประหยัดพลังงาน และสามารถบรรทุกน้ำหนักได้มากกว่ามาตรฐานของโดรน
ความท้าทายและแนวทางแก้ไขในการออกแบบพื้นรองเท้า
Hopcopter รุ่นดั้งเดิมทำงานได้ดีบนพื้นคอนกรีตเรียบหรือกรวดละเอียด แต่ต้องเผชิญกับความท้าทายบนพื้นผิวอื่น ๆ หากมันลงจอดในมุมที่ชันหรือบนพื้นผิวที่ลื่นเช่นน้ำแข็ง ขาของหุ่นยนต์จะลื่นไถลทำให้เสียสมดุล ในทรายหรือพื้นผิวที่นุ่มอื่น ๆ ขาจะจมและติดอยู่ พื้นรองเท้าที่ออกแบบโดย Kledkruemas สามารถกระจายน้ำหนักของหุ่นยนต์ไปยังพื้นที่ที่กว้างขึ้น คล้ายกับรองเท้าหิมะที่ช่วยป้องกันไม่ให้ผู้สวมใส่จมลงในหิมะ ข้อต่อทรงกลมทำให้พื้นรองเท้าสามารถปรับตามความเอียงของพื้นได้ และยางจะกลับสู่ตำแหน่งเดิมโดยอัตโนมัติหลังจากการกระโดดแต่ละครั้ง
ด้านล่างของพื้นรองเท้าปกคลุมด้วยหนามสั้นเพื่อเพิ่มแรงยึดเกาะ คล้ายกับเหล็กไต่เขาที่ใช้โดยนักปีนเขาน้ำแข็ง
การใช้งานในอนาคตและความท้าทาย
ตามที่นักวิจัยกล่าว พื้นรองเท้าแบบใหม่ช่วยลดความผิดพลาดในการบินลงได้ถึง 66% และเพิ่มประสิทธิภาพได้ถึง 64% นอกจากนี้ พื้นรองเท้ายังช่วยลดความแปรปรวนของประสิทธิภาพในภูมิประเทศที่แตกต่างกันลงได้ถึง 84% ทำให้ Hopcopter มีประสิทธิภาพเกือบเท่ากันในพื้นผิวที่ยากลำบากและพื้นผิวที่เรียบ Kledkruemas ชี้ให้เห็นว่าการปรับปรุงเหล่านี้ทำให้การกระโดดบนพื้นน้ำแข็งและทรายเป็นไปได้
ทีมงานมีแผนที่จะพัฒนาระบบนำทางอัตโนมัติสำหรับ Hopcopter และเผชิญกับความท้าทายที่ใหญ่ขึ้น Chirarattananon กล่าวว่า การปรับปรุงนี้ทำให้พวกเขาสามารถ "นำหุ่นยนต์นี้ออกจากห้องปฏิบัติการไปสู่โลกแห่งความเป็นจริง" เขาจินตนาการว่ามันสามารถใช้ในการค้นหาและช่วยชีวิตหลังจากเกิดภัยพิบัติทางธรรมชาติ หรือในการตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐานที่ห่างไกล เช่น ท่อและเหมือง ทีมงานยังมีความฝันที่จะสำรวจพื้นที่เช่นดาวอังคาร เนื่องจากบรรยากาศที่นั่นบางเกินไปสำหรับโดรนประเภทส่วนใหญ่
ศักยภาพการใช้งานเทคโนโลยีหุ่นยนต์ใหม่
การออกแบบของ Hopcopter ได้突破ข้อจำกัดของโดรนและหุ่นยนต์แบบดั้งเดิม โดยเฉพาะในการรับมือกับภูมิประเทศที่ซับซ้อน การออกแบบพื้นรองเท้าที่เป็นนวัตกรรมไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความเสถียรของหุ่นยนต์ แต่ยังขยายขอบเขตการใช้งาน ตั้งแต่การค้นหาและช่วยชีวิต ไปจนถึงการตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐานที่ห่างไกล และแม้กระทั่งการสำรวจดาวเคราะห์ การพัฒนานี้อาจเปลี่ยนแปลงวิธีการทำงานของหุ่นยนต์ในสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ในอนาคต โดยเฉพาะในภารกิจช่วยเหลือหลังจากเกิดภัยพิบัติทางธรรมชาติ ซึ่งสามารถให้แนวทางแก้ไขที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น