หุ่นยนต์บิน ว่ายน้ำ และอื่นๆ

** บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของบทความชุด Build Your Own Bot แนะนำการสร้างหุ่นยนต์ด้วยตัวเอง **

หลังจากที่ได้พบกับหุ่นยนต์เคลื่อนที่บนพื้นมาแล้ว คราวนี้เรามาดูหุ่นยนต์ที่บินบนอากาศและหุ่นยนต์ใต้น้ำกันบ้าง

หุ่นยนต์ที่บินได้/อากาศยานไร้คนขับ (UAV) สามารถบินข้ามสิ่งกีดขวางที่หุ่นยนต์บนพื้นอาจหลบเลี่ยงไม่ได้ ทำให้มีพื้นที่ทำการมากขึ้น แต่การบินย่อมใช้พลังงานมาก รูปแบบของหุ่นยนต์บินได้มีหลัก ๆ ดังนี้

• Fixed wing (อากาศยานปีกตรึง) หุ่นยนต์แบบนี้ใช้การสร้างแรงยก (lift force) ด้วยปีก โดยอาศัยหลักการของแบร์นูลี (Bernoulli’s principle) คือ อากาศที่เคลื่อนที่เร็วกว่าจะมีความดันต่ำกว่าอากาศที่เคลื่อนที่ช้า ปีกจะมีลักษณะโค้งด้านบนทำให้อากาศด้านบนเคลื่อนที่เร็วกว่า จึงเกิดแรงยกที่ด้านล่างของปีก ตัวอย่างเช่น เครื่องบินทั่วไป Predator drone
  

  General Atomics Predator

• Rotating wing (อากาศยานปีกหมุน) หุ่นยนต์แบบนี้สร้างแรกยกด้วยการหมุนใบพัดเพื่อผลักมวลอากาศลงด้านล่าง แรงปฏิกิริยาที่อากาศทำกับใบพัดจึงเป็นแรกยกตัวหุ่นยนต์ขึ้น ตัวอย่างเช่น เฮลิคอปเตอร์ AR Drone quadrotor

Parrot AR Drone

• Flapping wing หุ่นยนต์ลักษณะนี้ใช้การสร้างแรงยกในลักษณะที่สัตว์ตามธรรมชาติใช้ คือการกระพือปีกเพื่อผลักมวลอากาศลงด้านล่าง (รูปแบบการเคลื่อนที่ของปีกยังมีผลในการสร้างแรงยกในรูปแบบอื่นด้วย เช่น อากาศหมุนวนใต้ปีก) ตัวอย่างเช่น หุ่นยนต์นก หุ่นยนต์ผึ้ง

Festo SmartBird

Harvard RoboBees

• Lighter than air หุ่นยนต์ลักษณะนี้ใช้แรงยกจากสสารที่เบากว่าอากาศ เช่น ฮีเลียม ไฮโดรเจน บรรจุในบอลลูน ข้อดีคือไม่ต้องใช้พลังงานมากในการสร้างแรงยก แต่ด้วยขนาดที่ใหญ่ทำให้ความคล่องตัวต่ำ

Airship

ความท้าทายของการสร้างหุ่นยนต์บินได้มีหลายประเด็น เช่น

• การบินใช้พลังงานเยอะ ต้องเลือกแหล่งพลังงาน บริการจัดการการใช้พลังงานให้ดี ออกแบบหุ่นยนต์ให้มีน้ำหนักเบา
• เมื่อหุ่นยนต์อยู่ในอากาศ จะมีองศาอิสระครบ 6 องศาอิสระ คือ ขยับได้ 3 ทิศทาง หมุนได้ 3 ทิศทาง การควบคุมหุ่นยนต์ 6 องศาอิสระไม่ง่ายนัก
• ถ้าบินอยู่แล้วตก จะสร้างความเสียหายได้มาก …

มาต่อกันที่หุ่นยนต์เคลื่อนที่บน/ใต้น้ำ รูปแบบการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ในน้ำมีหลัก ๆ คือ

• ใบพัด คล้ายกับอากาศยานปีกหมุน คือใช้การหมุนใบพัดเพื่อผลักมวลน้ำไปทางหนึ่ง แรงปฏิกิริยาจะผลักตัวหุ่นยนต์ไปอีกทางหนึ่ง

Purdue ROV

• ครีบ คล้ายกับ Flapping wing คือการใช้ครีบสะบัดไปมาเพื่อผลักมวลของน้ำ

Robot fish

• สำหรับหุ่นยนต์ใต้น้ำ การควบคุมการลอยตัว – การดำดิ่ง ทำได้โดยถ่วงน้ำหนักความหนาแน่นของหุ่นยนต์ใกล้เคียงกับความหนาแน่นของน้ำ หุ่นยนต์จะลอยนิ่งในน้ำได้ (โดยประมาณ) และใช้การขับเคลื่อน 2 ลักษณะข้างต้นในการขับเคลื่อนให้ลอยขึ้นหรือดำลง หรืออาจใช้วิธีการอัดน้ำ/อากาศเข้าไปในถังเพื่อปรับเปลี่ยนความหนาแน่นโดยรวมของหุ่นยนต์ คล้ายกับที่ใช้ในกระเพาะปลา หรือเรือดำน้ำ

ถังอากาศในเรือดำน้ำ

นอกจากการเคลื่อนที่ด้วยล้อ ขา ปีก ครีบ แล้ว ยังมีการเคลื่อนที่ในรูปแบบอื่น ๆ อีกมากมาย เช่น การกระโดด การกลิ้ง การเลื้อยหรือหากการเคลื่อนที่ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งไม่สามารถตอบโจทย์ได้ การสามารถผสมการเคลื่อนที่หลายรูปแบบมาไว้ในหุ่นยนต์ตัวเดียวกันก็ได้ สุดแต่นักประดิษฐ์จะสร้างสรรค์ขึ้นมา

** บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของบทความชุด Build Your Own Bot แนะนำการสร้างหุ่นยนต์ด้วยตัวเอง **