สุดล้ำ! ‘RobotSweater’ เสื้อถักไหมพรมออกแบบพิเศษสำหรับหุ่นยนต์ ช่วยให้รับรู้สัมผัสได้เหมือนมนุษย์

คณะทำงานจากมหาวิทยาลัยคาร์เนอจี เมลลอน (Carnegie Mellon University) ได้พัฒนา “โรบ็อตสเวตเตอร์” (RobotSweater) หรือเสื้อถักไหมพรมสำหรับแขนหุ่นยนต์ ซึ่งเป็นนวัตกรรมเซนเซอร์ตรวจจับสัมผัสทางกายภาพที่ทำให้หุ่นยนต์สามารถรับรู้การสัมผัสได้เช่นเดียวกับมนุษย์

ในโลกปัจจุบันที่มีการใช้เครื่องจักรและหุ่นยนต์เข้ามาเสริมศักยภาพในภาคอุตสาหกรรมมากขึ้น แน่นอนว่าการทำงานร่วมกันระหว่างหุ่นยนต์กับมนุษย์ อาจจะอุบัติเหตุเกิดขึ้นได้ โดยที่ไม่มีฝ่ายใดตั้งใจ เพื่อให้ก้าวข้ามอุปสรรคนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนา “โรบ็อตสเวตเตอร์” (RobotSweater) หรือนวัตกรรมเซนเซอร์ตรวจจับสัมผัสทางกายภาพขึ้นมาในรูปแบบของ “เสื้อถักไหมพรม” สำหรับแขนหุ่นยนต์สุดไฮเทค เพื่อทำให้เครื่องจักรเหล่านี้สามารถรับรู้การสัมผัสได้เฉกเช่นกับมนุษย์ ซึ่งจะทำให้การทำงานของหุ่นยนต์มีความฉลาดและความปลอดภัยมากขึ้น

RobotSweater เป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาโดยคณะทำงานด้านวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ ซึ่งนำโดยผู้ช่วยศาสตราจารย์เจมส์ แม็กเคนน์ (James McCann) และผู้ช่วยศาสตราจารย์ชางหลิว หลิว (Changliu Liu) จากมหาวิทยาลัยคาร์เนอจี เมลลอน (Carnegie Mellon University) สถาบันการศึกษาชั้นนำของสหรัฐอเมริกา

RobotSweater ที่เป็นเหมือนผิวหนังให้กับหุ่นยนต์ ประกอบด้วยผ้า 3 ชั้น ซ้อนกันคล้ายกับแซนด์วิชเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ โดยผ้าทอลายทางชั้นบนและชั้นล่างจะทำมาจากเส้นด้ายไนลอนที่ทอประสานกับเส้นใยโลหะ ช่วยในการนำกระแสไฟฟ้า ซึ่งผ้าทั้ง 2 จะถูกจัดวางพาดกัน โดยที่แถบของผ้าชั้นหนึ่งอยู่ในแนวตั้ง ขณะที่อีกชั้นหนึ่งอยู่ในแนวนอน ส่วนที่แทรกอยู่ตรงกลางจะเป็นชั้นตาข่ายฉนวนกันไฟฟ้า

ลักษณะการจัดวางของวัสดุทั้ง 3 ชั้นนี้เกี่ยวข้องกับหลักการทำงานของ RobotSweater กล่าวคือ ตราบใดที่ไม่มีแรงกดจากภายนอก ชั้นผ้าทอนำไฟฟ้าทั้งชั้นบนและชั้นล่างก็จะถูกแยกออกจากกันด้วยชั้นตาข่าย แต่เมื่อมีแรงกดเกิดขึ้น เช่นมีคนมาจับหุ่นยนต์ เส้นใยโลหะในผ้าทอชั้นบนและล่างจะเชื่อมต่อกันผ่านรูของตาข่าย จนเกิดเป็นวงจรไฟฟ้าแบบปิดที่ทำให้มีการไหลของกระแสไฟฟ้าครบวงจรและสามารถส่งสัญญาณไปยังเซนเซอร์ตรวจจับ หุ่นยนต์จึงสามารถตอบสนองต่อปฏิสัมพันธ์ทางร่างกายของมนุษย์ได้มากขึ้น

โดยระบบการตรวจจับการกระจายและรูปร่างของแรง รวมถึงแรงสัมผัสของ RobotSweater ยังมีของแม่นยำและมีประสิทธิภาพมากกว่าเซ็นเซอร์ตรวจจับด้วยภาพ (Visual Sensor) ที่ใช้ในหุ่นยนต์ส่วนใหญ่ในปัจจุบัน จุดแข็งดังกล่าวยังทำให้หุ่นยนต์ที่สวมใส่สเวตเตอร์สุดไฮเทคนี้สามารถเคลื่อนไหวในทิศทางที่มนุษย์ชี้นำ หรือตอบโต้กับท่าทางของมนุษย์ได้

"เราสามารถใช้สิ่งนี้เพื่อทําให้หุ่นยนต์ฉลาดขึ้นในระหว่างการมีปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์ได้" ผู้ช่วยศาสตราจารย์ชางหลิว หลิวกล่าว

แล้วเพราะอะไรถึงต้องสร้างเซนเซอร์ตรวจจับในลักษณะของสิ่งทอ ?

คณะทำงานผู้พัฒนา RobotSweater กล่าวว่าเพราะต้องการที่จะก้าวข้ามความท้าทายด้านพื้นผิวและรูปทรงของหุ่นยนต์ที่แตกต่างและไม่สม่ำเสมอกัน ทำให้ผ้าทอของ RobotSweater สามารถห่อหุ้มพื้นผิวสามมิติที่มีรูปร่างแปลกประหลาดหรือบริเวณข้อต่อที่เคลื่อนไหวตลอดเวลาของหุ่นยนต์ได้อย่างพอดี

เมื่อ RobotSweater ถูกทอขึ้นและนำมาสวมใส่ให้กับหุ่นยนต์ นวัตกรรมที่ช่วยทำให้หุ่นยนต์มีความรู้สึก เมื่อมนุษย์สัมผัสยังสามารถก่อให้เกิดความปลอดภัยได้มากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมของโรงงานอุตสาหกรรมที่ความปลอดภัยเป็นสิ่งสำคัญอันดับหนึ่ง RobotSweater จะมาช่วยอุดช่องโหว่ของระบบการตรวจจับปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับหุ่นยนต์ในภาคอุตสาหกรรมปัจจุบัน ที่มักทำจากวัสดุที่ค่อนข้างแข็งกระด้าง ซึ่งผู้ช่วยศาสตราจารย์ชางหลิว หลิวมองว่ามันไม่สามารถเข้าถึงทุกองค์ประกอบของหุ่นยนต์ได้อย่างครอบคลุม แตกต่างจาก RobotSweater ที่สามารถห่อหุ้มทุกส่วนของหุ่นยนต์ได้ทั้งหมด ดังนั้นจึงสามารถตรวจจับการชนที่อาจเกิดขึ้นได้

ในการวิจัยในอนาคต คณะทำงานยังต้องการที่จะพัฒนาวิธีสั่งการโปรแกรมผ่านพื้นผิวของ RobotSweater โดยขณะนี้นักวิจัยกําลังสํารวจความเป็นไปได้ในการใช้คําสั่งด้วยการใช้นิ้วปัดหรือบีบบนเสื้อสเวตเตอร์หุ่นยนต์ราวกับว่าเป็นหน้าจอสัมผัสของโทรศัพท์สมาร์ตโฟน หากสำเร็จ นี่จะเป็นการยกระดับการดำเนินงานในภาคอุตสาหกรรมและการพัฒนาระบบประสาทสัมผัสทั้ง 5 ในเทคโนโลยีหุ่นยนต์ไปอีกขั้น ซึ่งคาดว่าจะเป็นประโยชน์ต่อมนุษย์ต่อไปในอนาคต