หุ่นยนต์งูทะเลไทเทเนียม: เมื่อศาสตร์แห่งการเลียนแบบธรรมชาติผสานวิศวกรรมขั้นสูง

แสงเช้าส่องกระทบโต๊ะทำงาน เผยให้เห็นชิ้นส่วนโลหะหกชิ้นวางเรียงรายกันดั่งกระดูกสันหลังไทเทเนียมเงางาม ด้านนอก เสียงนกนางนวลร้องระงมเหนือท่าเรือ แต่ภายในห้องเวิร์กช็อป มีเพียงเสียงฮัมของเครื่องกลึงและเสียงคลิกสม่ำเสมอยามสลักสแตนเลสขยับเข้าล็อคอย่างพอดี

ผมเริ่มหลงใหลในท่วงท่าของงูทะเลลายปล้องหลังจากทริปดำน้ำที่ปาเลาเมื่อสามปีก่อน ภาพพวกมันแหวกว่ายผ่านซอกปะการังแคบๆ ได้อย่างพลิ้วไหวต่อเนื่องนั้นน่าทึ่งมาก เรือดำน้ำแบบเดิมๆ ทั้งเทอะทะ ส่งเสียงดัง และทำลายระบบนิเวศอันเปราะบาง เราจึงต้องการสิ่งที่พลิ้วไหว สิ่งที่แหวกว่ายไปกับสายน้ำ ไม่ใช่ฝืนธรรมชาติ

จากแบบจำลองบนโต๊ะทำงาน สู่ไทเทเนียมเกรดเดินเรือ

ก่อนจะเริ่มกลึงโลหะราคาสูง เราเสียเวลาหลายเดือนหมดไปกับพลาสติกทดลอง เรานั่งขึ้นรูปต้นแบบข้ามคืนด้วยระบบ 3D Printer แบบ FDM เพื่อเช็กระยะห่างของข้อต่อและการแกว่งตัวของลำตัว วัสดุ Tough PLA ใช้ได้ดีสำหรับการทดสอบรูปทรงภายนอก แต่ยังไม่ละเอียดพอสำหรับเสื้อเฟืองขนาดจิ๋วภายใน

สำหรับชิ้นส่วนภายในที่ซับซ้อน เราเปลี่ยนไปใช้กระบวนการ พิมพ์เรซิน ความละเอียดสูง ความแม่นยำระดับนั้นช่วยให้เราได้ชิ้นส่วนประกอบที่ฟิตพอดีภายในไม่กี่ชั่วโมง ทำให้ทดสอบช่องการไหลของของไหลขนาดเล็กได้ก่อนตัดสินใจลงทุนลงแรงผลิตชิ้นส่วนโลหะจริง

เมื่อคำนวณทฤษฎีลงตัว เราจึงอัปเกรดมาใช้ไทเทเนียม เกรด 5 (Grade 5 Titanium) แต่ละข้อต่อบรรจุมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน ชุดเกียร์ Harmonic Drive และโอริงคู่ขนาดจิ๋วกันน้ำและแรงดันสูง และเนื่องจากทุกชิ้นผ่านการ ออกแบบผลิตภัณฑ์เฉพาะตัว (Custom product design) หุ่นยนต์แต่ละตัวที่ออกจากสตูดิโอจึงไม่มีวันเหมือนกันเป๊ะ ลูกค้าบางรายต้องการติดตั้งโพลาร์โซนาร์ไว้ที่ส่วนหัว ในขณะที่บางรายต้องการเพียงงานประติมากรรมจลน์ศาสตร์ (Kinetic Art) สุดตระการตาประดับล็อบบี้ห้องปฏิบัติการสมุทรศาสตร์

วิศวกรรมการใช้งาน ผสานศิลปะจลน์ศาสตร์

ในทางเทคนิค มันคือยานยนต์ใต้น้ำไร้คนขับ (AUV) แต่เมื่อได้จับถือ มันกลับให้ความรู้สึกเหมือนประติมากรรมจลน์ศาสตร์ที่มีน้ำหนักแน่นมือ พื้นผิวไทเทเนียมพ่นทรายสะท้อนแสงแดด เกิดเป็นเงาเรขาคณิตคมกริบทาบทับบนแบบแปลน

เบื้องหลังการเคลื่อนไหวอันดุจสิ่งมีชีวิตใต้น้ำของหุ่นยนต์ลำตัวงูนี้ มาจากองค์ประกอบสำคัญได้แก่:

• ข้อต่อ 24 จุดที่ขยับได้อย่างอิสระ สร้างการเคลื่อนไหวเป็นคลื่นได้รอบทิศทาง 360 องศา
• โครงสร้างลำตัวกลวงน้ำหนักเบา ผลิตด้วยเทคโนโลยี พิมพ์ 3 มิติ โลหะไทเทเนียม
• ส่วนหัวแบบโมดูลาร์ รวบรวมกล้องความละเอียด 4K คู่ และเซ็นเซอร์วัดแรงดันน้ำ
• ระบบส่งกำลังผ่านสนามแม่เหล็กโดยตรง ไร้รอยต่อ ป้องกันน้ำรั่วซึมได้ 100%

ไม่ว่าจะเลื้อยผ่านแนวปะการังเพื่อสำรวจสิ่งมีชีวิต หรือวางตระหง่านบนฐานไม้พะยูงสีเข้มในสตูดิโอออกแบบ หุ่นยนต์ตัวนี้ลบเส้นแบ่งระหว่างอุปกรณ์สำรวจภาคสนามและงานศิลปะได้อย่างหมดจด เงียบสงบ แม่นยำ และทนทานต่อแรงดันในทะเลลึกอย่างแท้จริง

FAQ

หุ่นยนต์งูทะเลตัวนี้สามารถดำน้ำทะเลได้จริง หรือเป็นเพียงโมเดลตั้งโชว์?

ออกแบบมาเพื่อการใช้งานในน้ำจริง ข้อต่อไทเทเนียมทุกชิ้นติดตั้งโอริงขนาดจิ๋วสองชั้นพร้อมระบบส่งกำลังแม่เหล็ก ทนแรงดันน้ำได้ลึกถึง 50 เมตร เพียงล้างด้วยน้ำสะอาดหลังใช้งานในทะเลเพื่อรักษาความสะอาดของข้อต่อ

มีตัวเลือกการออกแบบเฉพาะและเซ็นเซอร์อะไรบ้างที่สามารถติดตั้งเพิ่มเติมได้?

เรามีบริการปรับแต่งส่วนหัวและส่วนหางตามสั่ง สามารถติดตั้งเครื่องวัดความเร็วคลื่นเสียง Acoustic Doppler, โซนาร์ Multibeam, ชุดกล้องความละเอียดสูง หรือโมดูลเก็บตัวอย่างสิ่งแวดล้อมได้ตามความต้องการในงานวิจัยสมุทรศาสตร์

มีการทดสอบหุ่นยนต์ต้นแบบอย่างไรก่อนปรับมาใช้ไทเทเนียม?

เราปรับแก้ฟิสิกส์การเคลื่อนที่ด้วยงานพิมพ์ FDM เพื่อทำโมเดลขนาดจำลอง จากนั้นใช้การพิมพ์เรซินความละเอียดสูงเพื่อเช็กการขบกันของเฟืองภายใน ก่อนส่งไฟล์ไฟนอลไปผลิตด้วยไทเทเนียม

การสั่งผลิตแบบ Custom ใช้เวลานานเท่าไรตั้งแต่สั่งซื้อจนถึงจัดส่ง?

เนื่องจากหุ่นยนต์ทุกตัวต้องผ่านการพิมพ์ 3 มิติด้วยไทเทเนียม เก็บรายละเอียดด้วยเครื่อง CNC และประกอบด้วยมือทีละชิ้นในสตูดิโอ ระยะเวลาผลิตจึงอยู่ที่ประมาณ 8 ถึง 12 สัปดาห์