เซ็นเซอร์ชนิดใหม่ที่ช่วยให้เรารับรู้ผิวสัมผัสได้เหมือนผิวหนัง
การรับรู้ผ่านผิวสัมผัสเป็นเรื่องทั่วไปที่เราทำในชีวิตประจำวัน แต่อันที่จริงนี่เป็นกระบวนการอันซับซ้อนเลียนแบบได้ยาก ถือเป็นข้อจำกัดทางเทคโนโลยีจวบจนปัจจุบัน แต่ทุกอย่างกำลังจะเปลี่ยนไป เมื่อมีการคิดค้น เซ็นเซอร์ชนิดใหม่ช่วยให้รับรู้ได้เหมือนผิวหนัง
การรับรู้ผิวสัมผัสผ่านผิวหนังถือเป็นเรื่องทั่วไปในการใช้ชีวิตของคนเรา โดยมีส่วนสำคัญคือปลายนิ้วส่วนที่มีจำนวนปมประสาทเยอะที่สุดภายในร่างกาย คอยทำหน้าที่รับรู้และตอบสนองต่อรูปแบบพื้นผิวชนิดต่างๆ สิ่งนี้ช่วยให้เราแยกแยะรูปแบบวัสดุและสิ่งของแต่ละชนิดได้
อย่างไรก็ตามคุณสมบัติดังกล่าวจำกัดอยู่แค่เพียงผิวหนังของมนุษย์เท่านั้น การจำลองกระบวนการเหล่านั้นให้สามารถทำซ้ำได้ภายนอกร่างกายถือเป็นเรื่องยาก โดยเฉพาะการพัฒนาระบบประสาทสัมผัสเทียมให้รองรับการส่งข้อมูลผิวสัมผัสอันละเอียดอ่อนแบบเดียวกับปลายนิ้วของคนเรา
ล่าสุดมีการคิดค้นเซ็นเซอร์ที่สามารถแยกผิวสัมผัสได้แล้วก็จริง แต่คงต้องอธิบายกันสักนิดว่าทำไมจึงเป็นเรื่องยาก
ความละเอียดอ่อนในการจำลองผิวสัมผัสของคนเรา
หลายท่านอาจไม่ทราบแต่การพัฒนาเซ็นเซอร์จำลองผิวสัมผัสแบบเดียวกับปลายนิ้วของเราเป็นเรื่องยากมาก แม้จะมีการพัฒนาเซ็นเซอร์หลายชนิด ทั้งเซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหว เซ็นเซอร์ตรวจวัดเสียง หรือเซ็นเซอร์วัดแรงขึ้นมาสำเร็จ แต่การจำลองผิวสัมผัสขึ้นมาก็ยังเป็นเรื่องยากต่อการใช้งานจริง
เหตุผลที่เป็นแบบนั้นเนื่องจากเวลาที่นิ้วมือของเราสัมผัสกับวัตถุ สัญญาณไฟฟ้าที่ส่งผ่านอัดแน่นไปด้วยข้อมูลมากมาย ทั้งแรงกระทำต่อวัตถุ, การสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้น, ความละเอียดของพื้นผิว ฯลฯ มีข้อมูลมากมายเกิดขึ้นและรับรู้เมื่อเราสัมผัสอะไรบางอย่าง จากนั้นจึงส่งข้อมูลตรงสู่สมองในระยะเวลาเพียงชั่วพริบตา
ด้วยเหตุนี้การจำลองกระบวนการดังกล่าว จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์ที่มีละเอียดสูงเพียงพอจะตอบสนองความแตกต่างในระดับไมครอน รวมถึงต้องมีความเร็วการตอบสนองเพียงพอในการส่งข้อมูลทั้งหมดที่ว่ากลับมาในเสี้ยววินาที จึงจะสามารถทำหน้าที่ทดแทนผิวหนังของคนเราได้อย่างสมบูรณ์
นั่นทำให้ที่ผ่านมากลไกการจำลองประสาทผิวสัมผัสเทียมต้องอาศัยเซ็นเซอร์มากกว่าหนึ่งตัว โดยแบ่งหน้าที่กันระหว่างการตรวจจับแรงกระทำที่เกิดขึ้น ส่วนอีกหนึ่งไว้สำหรับตรวจจับการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นจากการตอบสนองของพื้นผิว แต่การเชื่อมเซ็นเซอร์มากขึ้นก็ยิ่งทำให้ข้อมูลที่ได้รับล่าช้า จนที่สุดก็ยังไม่มีประสิทธิภาพเทียบเท่าผิวหนังจริงอยู่ดี
ด้วยเหตุนี้จึงเริ่มมีแนวคิดในการพัฒนาเซ็นเซอร์ชนิดใหม่ที่รองรับการตรวจสอบทั้งสองอย่างเอาไว้ในตัวเดียว
เซ็นเซอร์ชนิดใหม่ที่ช่วยระบุผิวสัมผัสอย่างแม่นยำ
ผลงานนี้เป็นของทีมวิจัยจาก Southern University of Science and Technology แห่งประเทศจีน กับการพัฒนาเซ็นเซอร์ชนิดใหม่เพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจจับ สู่การพัฒนาระบบผิวสัมผัสเทียมลงบนหุ่นยนต์หรือแขนกล เพื่อให้สามารถตรวจจับและแยกแยะรายละเอียดบนพื้นผิวชนิดต่างๆ
ตัวเซ็นเซอร์ได้รับการพัฒนาให้อยู่ในลักษณะบางเฉียบพอไปติดตามวัตถุแต่มีความยืดหยุ่นสูง โดยมีการจำลองลักษณะรูปแบบลายนิ้วมือของมนุษย์ เพื่อให้เกิดรูปร่างจนสามารถตรวจจับรายละเอียดระดับจุลภาคบนพื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถเก็บข้อมูลรายละเอียดทุกชนิดได้แม่นยำโดยอาศัยเซ็นเซอร์เพียงตัวเดียว
กลไกการทำงานของเซ็นเซอร์ได้รับการออกแบบให้มีระบบไฟฟ้าสองชั้น สำหรับแยกประจุระดับนาโนในการส่งสัญญาณตรวจจับวัตถุโดยเฉพาะ ส่งผลให้เซ็นเซอร์นี้มีความไวในการส่งข้อมูลสูงถึง 519 กิโลปาสคาล นอกจากนี้ยังมีโครงสร้างที่ได้รับการออกแบบโดยเฉพาะพร้อมสารไอออนิกความหนืดต่ำที่ตอบสนองความถี่ได้ละเอียดถึงระดับ 0.02 เฮิรตซ์ อีกด้วย
ด้วยระดับความละเอียดในการตรวจจับของเซ็นเซอร์ที่ถูกพัฒนาขึ้น ช่วยให้สามารถแยกแยะพื้นผิวระดับจุลภาคที่มีขนาดเล็กได้ โดยสามารถตัวเซ็นเซอร์ที่ได้รับการติดตั้งสามารถแยกแยะรายละเอียดของเนื้อผ้าชนิดต่างๆ เช่น ผ้าโพลีเอสเตอร์, ผ้าลูกฟูก และผ้าขนสัตว์ได้อย่างชัดเจน จนมีลักษณะใกล้เคียงกับปลายนิ้วของมนุษย์
ความละเอียดของเซ็นเซอร์ที่พวกเขาคิดค้นนี้ ช่วยให้แขนกลสามารถระบุชนิดและจำแนกพื้นผิวสิ่งทอที่ทำการสัมผัส 20 ชนิดออกจากกันได้ชัดเจน โดยมีอัตราความแม่นยำในการระบุอยู่ที่ 98.6% สามารถตรวจสอบรูปแบบของเนื้อผ้าและรอยต่อในการตัดเย็บของผ้าแต่ละชิ้นได้อีกด้วย
ประโยชน์ของเซ็นเซอร์ที่มากจนคาดไม่ถึง
ถึงตรงนี้อาจมีการตั้งคำถามว่า แม้นี่จะเป็นเทคโนโลยีที่ฟังดูน่าทึ่งกับเซ็นเซอร์ความละเอียดสูงที่เลียนแบบนิ้วมือของคนเรา แต่จะสามารถนำเซ็นเซอร์ชนิดนี้ไปใช้ประโยชน์ในรูปแบบใดได้บ้าง เพราะสิ่งเหล่านี้ก็ฟังดูเป็นเรื่องไกลตัวที่ไม่น่าเกี่ยวข้องหรือมีประโยชน์อะไรในการใช้ชีวิตประจำวัน
แท้จริงไม่ใช่แบบนั้นความสำเร็จในการพัฒนาเซ็นเซอร์ชนิดนี้จะนำไปสู่คุณประโยชน์หลายด้าน ตั้งแต่การเพิ่มระดับขีดความสามารถของหุ่นยนต์ แก้ไขปัญหาที่ก่อนหน้านี้หุ่นยนต์ส่วนใหญ่ไม่สามารถรับรู้รายละเอียดวัตถุได้มากนัก หากใช้งานเซ็นเซอร์ชนิดนี้จะช่วยให้หุ่นยนต์สามารถทำงานละเอียดอ่อนได้มากยิ่งขึ้น
ลำดับต่อมาคือการใช้งานควบคู่กับอุปกรณ์ความจริงเสมือนทั้งหลาย จากเดิมที่ทำได้เพียงการจำลองภาพ เสียง และขยับตามการเคลื่อนไหวของเราเป็นหลัก ในอนาคตเซ็นเซอร์ชนิดนี้อาจช่วยเพิ่มความสมจริงในการจำลอง และสามารถสร้างสัมผัสเสมือนจริงให้เรารู้สึกผ่านผิวหนังได้สมจริง ซึ่งจะเพิ่มมิติการใช้งานขึ้นในหลายระดับ
และที่สำคัญที่สุดการใช้งานในแวดวงการแพทย์ ข้อจำกัดการใช้งานอวัยวะเทียมในปัจจุบันคือ แม้จะได้รับการออกแบบเป็นอย่างดีแต่ก็ไม่สามารถจำลองความรู้สึกการมีอวัยวะกลับมาได้ แต่หากมีการพัฒนาอวัยวะเทียมร่วมกับเซ็นเซอร์ชนิดนี้ ไม่แน่ว่าสักวันอาจมีแขนหรือขาเทียมที่ช่วยให้สัมผัสและระบุพื้นผิวไม่ต่างจากผิวหนังของเราก็เป็นได้ รวมถึงการพัฒนาผิวหนังเทียมทดแทนสำหรับผู้ที่มีบาดแผลไฟไหม้ได้อีกด้วย
การคิดค้นเซ็นเซอร์ชนิดนี้จึงไม่ใช่เรื่องไกลตัวแต่อาจพลิกโฉมสังคมขนานใหญ่เลยทีเดียว
ที่มา