ไม่มีมอเตอร์ ไม่มีแบตเตอรี่ แต่กระโดดสูงกว่า 80 เท่าของตัวเอง หุ่นยนต์นิ่มตัวนี้เอาแรงมาจากไหน?

ลองนึกภาพหุ่นยนต์ตัวเล็ก ๆ ที่ไม่มีมอเตอร์ ไม่มีแบตเตอรี่ ไม่มีล้อ และไม่มีขา

แต่เมื่อถูกแสงอินฟราเรด มันกลับบิดตัว สะสมพลังงาน แล้วดีดตัวขึ้นจากพื้นได้เอง

ที่น่าสนใจกว่านั้นคือ มันไม่ได้กระโดดได้เพียงครั้งเดียว แต่สามารถ รีเซ็ตตัวเองแล้วเริ่มกระโดดรอบใหม่ ได้ตราบใดที่ยังได้รับแสงอินฟราเรดอย่างเหมาะสม

นี่คือผลงานของนักวิจัยจาก North Carolina State University ซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร PNAS ช่วงปลายเดือนสิงหาคม 2569

และแบบที่นักวิจัยปรับให้เหมาะสมสามารถกระโดดในแนวดิ่งได้สูงกว่า 80 เท่าของความสูงตัวเอง

ไม่มีแบตเตอรี่ แล้วพลังงานมาจากไหน?

คำตอบคือ พลังงานมาจากแสงอินฟราเรดภายนอก

ตัวหุ่นยนต์ทำจากวัสดุที่เรียกว่า Liquid Crystal Elastomer หรือ LCE ซึ่งสามารถตอบสนองต่อความร้อนที่เกิดจากแสงได้

นักวิจัยนำแถบ LCE มาทำเป็นโครงสร้างคล้ายหยดน้ำ และติดส่วนแข็งรูปตัว V ที่ปลายด้านหนึ่ง

เมื่อถูกแสงอินฟราเรด พื้นผิวของ LCE จะหดตัว ทำให้โครงสร้างเริ่มหมุนและบิด

แต่เพราะส่วนตัว V ขัดขวางไม่ให้มันเพียงกลิ้งไปกับพื้น การบิดจึงเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ และพลังงานยืดหยุ่นถูกสะสมอยู่ในโครงสร้าง

ถ้าเรียงกระบวนการแบบง่ายที่สุดก็คือ

แสงอินฟราเรด → LCE หด → โครงสร้างบิด → สะสมพลังงาน → Snap → กระโดด

เมื่อการบิดถึงจุดวิกฤต พลังงานที่สะสมอยู่จะถูกปล่อยออกอย่างรวดเร็ว ส่วนแข็งรูปตัว V จะกระแทกพื้นและส่งตัวหุ่นขึ้นไปในอากาศ

จุดเด่นจริง ๆ คือ “กระโดดแล้วรีเซ็ตตัวเอง”

ถ้าหุ่นยนต์กระโดดได้ครั้งเดียวแล้วต้องมีคนจับมาง้างใหม่ งานนี้คงไม่น่าสนใจเท่านี้ครับ

ความพิเศษอยู่ที่ หลังจากปล่อยพลังงานและลอยขึ้นจากพื้น ตัว LCE จะคลายการบิดกลับไปใกล้รูปร่างเดิม

เมื่อลงพื้นและยังมีแสงอินฟราเรดอยู่ กระบวนการสะสมพลังงานก็เริ่มขึ้นใหม่ได้อีกครั้ง

จึงเกิดวงจร

บิดตัว → สะสมพลังงาน → ดีดตัว → คลายกลับ → เริ่มใหม่

NC State เรียกลักษณะนี้ว่า self-resetting เพราะตัวโครงสร้างสามารถกลับเข้าสู่สภาพพร้อมเริ่มรอบใหม่ได้เอง โดยไม่ต้องมีมอเตอร์อีกชุดมาง้างกลับ

กระโดดสูงกว่า 80 เท่าของตัวเองจริงไหม?

จริงในแง่ สัดส่วนต่อความสูงของตัวหุ่นยนต์

งานวิจัยรายงานว่าแบบที่ปรับเหมาะสมสามารถกระโดดแนวดิ่งได้สูงกว่า 80 เท่าของความสูงตัว และกระโดดไปข้างหน้าได้มากกว่า 3 เท่าของความยาวตัว

แต่ต้องระวังการตีความ เพราะตัวหุ่นยนต์มีขนาดเล็กมาก

ดังนั้นคำว่า “80 เท่า” ไม่ได้หมายถึงกระโดดสูงระดับตึก แต่หมายถึงประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับขนาดตัวของมันเอง

แค่เปลี่ยนมุม V ก็เปลี่ยนวิธีเคลื่อนที่

จุดที่สวยมากในเชิงวิศวกรรมคือ นักวิจัยไม่จำเป็นต้องใส่มอเตอร์เพิ่มเพื่อเปลี่ยนว่าหุ่นจะคลานหรือกระโดด

เพียงปรับ มุมของส่วนแข็งรูปตัว V พฤติกรรมก็เปลี่ยนไป

ประมาณ 120 องศา — หุ่นมีแนวโน้มคลานไปข้างหน้า

ประมาณ 90 องศา — กระโดดไปข้างหน้า

ประมาณ 50 องศา — กระโดดขึ้นในแนวดิ่ง

พูดอีกแบบคือ Geometry กลายเป็นส่วนหนึ่งของการควบคุมพฤติกรรม

แทนที่จะต้องเขียนโปรแกรมว่า “ตอนนี้ให้คลาน ต่อไปให้กระโดด” นักวิจัยสามารถออกแบบพฤติกรรมบางส่วนลงไปในรูปร่างของตัวหุ่นตั้งแต่แรก

แล้วแสงแรงขึ้น จะกระโดดแรงขึ้นเรื่อย ๆ ไหม?

ไม่ใช่ครับ

นักวิจัยพบว่าความเข้มของแสงอินฟราเรดต้องอยู่ในช่วงที่เหมาะสม

ถ้าอ่อนเกินไป หุ่นอาจสะสมพลังงานไม่พอสำหรับการกระโดด

แต่ถ้าแรงเกินไป การเคลื่อนที่อาจเริ่มไม่เสถียร และกระโดดไปในทิศทางที่คาดเดาได้ยากขึ้น

ดังนั้นระบบนี้ไม่ได้เป็นสูตรว่า

“ยิ่งส่องแสงแรง ยิ่งกระโดดดี”

แต่ต้องหาจุดสมดุลระหว่างพลังงานที่ป้อนเข้าและความเสถียรของการเคลื่อนที่

พื้นไม่เรียบก็ยังไปต่อได้

ทีมนักวิจัยไม่ได้ทดลองเฉพาะบนโต๊ะเรียบในห้องปฏิบัติการ

ในงาน Proof of Concept มีการทดลองกับสภาพพื้นหลายประเภท เช่น หญ้า ทราย หิน เศษไม้ ทางลาด สิ่งกีดขวาง รวมถึงบริเวณรอยต่อระหว่างน้ำกับพื้นดิน

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างแบบนี้สามารถเคลื่อนที่ผ่านสภาพแวดล้อมที่ไม่เรียบและไม่เป็นระเบียบได้ในระดับต้นแบบ

นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมนักวิจัยจึงมองว่ากลไกดังกล่าวอาจมีศักยภาพสำหรับงานอย่างการนำทางในพื้นที่ซับซ้อน หุ่นยนต์ฝูง และการสำรวจสภาพแวดล้อม

แต่ยังไม่ใช่หุ่นยนต์กู้ภัยพร้อมใช้งาน

จุดนี้ต้องแยกข้อเท็จจริงออกจากภาพอนาคตครับ

NC State ระบุชัดว่า งานนี้ยังไม่มีการใช้งานทันที และเป็นความก้าวหน้าพื้นฐานที่ควรนำไปศึกษาต่อยอด

ดังนั้นเรายังไม่ควรบอกว่า หุ่นยนต์ชนิดนี้กำลังถูกส่งไปสำรวจซากอาคาร หรือถูกใช้งานจริงในพื้นที่ภัยพิบัติแล้ว

สิ่งที่พูดได้อย่างแม่นยำกว่าคือ

กลไกนี้มีคุณสมบัติที่น่าสนใจสำหรับการพัฒนาหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่ต้องเคลื่อนผ่านพื้นที่ซับซ้อนในอนาคต

แล้วนี่คือพลังงานฟรีหรือเปล่า?

ไม่ใช่

หุ่นยนต์ไม่ได้สร้างพลังงานจากความว่างเปล่า

พลังงานของมันมาจากแสงอินฟราเรดที่ส่องจากภายนอก

วัสดุ LCE ทำหน้าที่รับพลังงานนั้น แล้วเปลี่ยนให้กลายเป็นการเปลี่ยนรูปและพลังงานยืดหยุ่น ก่อนปล่อยออกมาเป็นการเคลื่อนที่

สิ่งที่โดดเด่นจึงไม่ใช่คำว่า “ไม่มีพลังงาน”

แต่คือ

ไม่ต้องแบกแบตเตอรี่และมอเตอร์ไว้บนตัวเอง

ทำไมงานนี้ถึงน่าสนใจกว่าการทำหุ่นให้กระโดดสูง?

เพราะมันแสดงแนวคิดสำคัญของ Soft Robotics ว่า

คุณสมบัติของวัสดุและรูปทรงสามารถทำหน้าที่บางอย่างแทนกลไกควบคุมที่ซับซ้อนได้

ตัวหุ่นสามารถ

• รับพลังงานจากภายนอก
• สะสมพลังงาน
• ปล่อยพลังงานอย่างรวดเร็ว
• เคลื่อนที่
• คืนรูป
• เริ่มวงจรใหม่

ทั้งหมดนี้เกิดจากการออกแบบวัสดุและ Geometry ที่ทำงานร่วมกัน

ครั้งต่อไปถ้าเห็นคำว่า

“หุ่นยนต์ไม่มีแบตเตอรี่”

จึงอย่าเพิ่งตีความว่า

“หุ่นยนต์ไม่มีแหล่งพลังงาน”

ในกรณีนี้พลังงานยังมีอยู่ครบ

แค่เดินทางมาในรูปของ แสงอินฟราเรด

แล้วผ่านกระบวนการ

แสง → การหดตัว → การบิด → พลังงานยืดหยุ่น → การดีดตัว

จนสิ่งที่ดูเหมือนหุ่นยนต์จิ๋วกำลังกระโดดด้วยตัวเอง

จริง ๆ แล้วคือการเอา วัสดุศาสตร์ ฟิสิกส์ และรูปทรง มาทำงานร่วมกันอย่างฉลาดมากครับ