ออกแบบหุ่นยนต์ (สี่) : พลังงาน

ออกแบบหุ่นยนต์ (4)

:พลังงาน

พลังงาน (Energy) ที่ใช้ในการขับเคลื่อนกลไกหุ่นยนต์มีอยู่หลายประเภทด้วยกัน ที่นิยมแพร่หลายมากที่สุดคือพลังงานไฟฟ้า ด้วยเหตุผลที่ว่าสามารถควบคุม “กำลังงาน (Power)” ได้ง่าย นักศึกษาสายวิทยาศาสตร์ทราบดีว่า กำลังงานคืออัตราการใช้พลังงานต่อหน่วยเวลา เมื่อเราสามารถควบคุมอัตราดังกล่าวได้ กลไกหุ่นยนต์และเครื่องจักรกลอื่นๆ ก็จะสามารถสำแดงสมรรถนะทางพลศาตร์ (Dynamics) ที่สัมพันธ์ระหว่าง มวล ความเร็ว และความเร่ง ได้อย่างถูกต้อง พลังงานนั้นมีประโยชน์มาก แต่หากขาดการควบคุมที่เหมาะสมกลับไร้ค่า หรือบางครั้งส่งผลอันตรายยิ่ง ตัวอย่างเช่น การใช้พลังงานนิวเคลียร์ในการผลิตกระแสไฟฟ้าต้องมีการควบคุมที่ละเอียดมาก มิฉะนั้นอาจเกิดเหตุเศร้าสลด ดังในกรณี ของเชอร์โนบิล ในโซเวียต และ ทรีไมล์ไอร์แลนด์ ที่มลรัฐเพนซิลวาเนีย สหรัฐอเมริกา

ในทีมงานหุ่นยนต์สำรวจดาวอังคาร “Ambler” ที่ สถาบันหุ่นยนต์ มหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน ออกแบบและสร้างให้องค์การนาซ่า เพื่อนผมคนหนึ่งได้เสนอให้ใช้ Nuclear Fuel ในการป้อนพลังงานให้หุ่นยนต์หกขาขนาดใหญ่ตัวนี้ แน่นอนครับการควบคุมค่อนข้างซับซ้อนและต้องดำเนินไปอย่างอัตโนมัติ เราไม่สามารถใช้ลักษณะการควบคุมภายใต้การดูแลของมนุษย์ (Supervisory Mode) ด้วยเหตุผลสองประการ คือ ไม่เร็วและไม่ละเอียดพอ ที่ว่าไม่เร็วพอนั้นเพราะมนุษย์นั่งบังคับการอยู่ที่ศูนย์ปฏิบัติการฮุสตัน สัณญานวิ่งไปถึงดาวอังคารต้องใช้เวลาอย่างน้อย 17 วินาที ทั้งนี้ยังไม่นับการถูกรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆระหว่างทางอีก เราจึงต้องออกแบบให้หุ่นยนต์สามารถควบคุมการใช้พลังงานด้วยตัวเขาเอง (Autonomous)

วันก่อนผู้บริหาร บริษัทโคโกโร จากประเทศญี่ปุ่น ได้มาหาผมเพื่อหารือสร้างความร่วมมืองานวิจัยกับสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) ด้าน Actroid: Actor(ress) + Humanoid บริษัทนี้มีความสามารถสูงในการออกแบบและสร้างหุ่นยนต์สำหรับงาน Exhibition ต่างๆ ในขณะนี้ได้รับงานกระทรวงวัฒนธรรมของเรา ไปสร้างหุ่นยนต์ ”ยักษ์วัดแจ้ง” ขึ้นที่บูธแสดงผลิตภัณฑ์และผลงานไทยที่นครเซี่ยงไฮ้ หุ่นยนต์ตัวนี้จะมาซักซ้อมที่ อิมแพคเมืองทองปลายเดือน พ.ย. นี้ ผมมีโอกาสได้ชมวิดีโอคลิบแล้ว พบว่าการเคลื่อนไหว ค่อนข้างเป็นธรรมชาติมาก ทั้งนี้คงเป็นเพราะต้นกำลังใช้ระบบลม (Pneumatics) ที่มีการดูดซับพลังงานส่วนเกิน (Damping) ผ่านการอัดตัวของอากาศแล้วกลายเป็นความร้อนไป(Dissipation) หากพิจารณาทางคณิตศาสตร์แล้ว เราจะพบว่ารากของสมการ (Eigen Value) วิ่งหนีจากแกนจินตภาพ(Imaginary Axis)เข้าสู่แกนจริง (Real Axis) ลักษณะการสั่นจึงลดลง ขอให้ท่านผู้อ่านนึกถึงระบบกันกระเทือนของรถยนต์ เวลาโช๊คเสื่อมสภาพเหลือแต่สปริง รถเราจะกระเด้งมาก เพราะสปริง (Stiffness) ดูดและคายพลังงานออกมาในรูปพลังงานจลน์เหมือนเดิม ไม่ทำการ dissipate เป็นความร้อนเช่นโช๊ค อย่างไรก็ตามเมื่อเปรียบเทียบกับการขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า ระบบลมนี้เสียงจะดังกว่า และความละเอียดในการเคลื่อนที่ต่ำกว่า