Micro Solutions Hold Answers to Big Problems | โซลูชันเล็กๆ ที่ช่วยแก้ปัญหาใหญ่ๆ

ในโลกของเทคโนโลยี ส่วนประกอบชิ้นจิ๋วๆ ทั้งชิปและไดรฟ์สร้างผลลัพท์ระดับพระกาฬได้อย่างไร ไปหาคำตอบกันค่ะ

 

เมื่อพูดถึงแนวคิดและสิ่งประดิษฐ์ใหม่ ๆ สิ่งที่ใหญ่กว่าย่อมไม่ดีกว่าเสมอไป แนวความคิดดีๆ เวลานี้ ไม่ได้อยู่ที่เรื่องของขนาดแต่อยู่ที่ว่า เราจะเข้าถึงศักยภาพสูงสุดได้อย่างไรมากกว่า ตั้งแต่ microneedles หรือเข็มจิ๋วระดับไมโครที่พิมพ์ด้วย 4D- printed ไปจนถึงมอเตอร์ขนาดจิ๋วและชิปชิ้นเล็ก ๆ เราได้คิดค้นสิ่งประดิษฐ์ห้านาทีที่มีศักยภาพมหาศาล

we’ve curated five minute inventions with enormous potential.

1. 4D-Printed Microneedles Eliminate Pain | เข็มฉีดยา 4D ไม่มีความเจ็บปวด

ผู้ป่วยที่ไม่มีความสุขกับความเจ็บปวดและความวิตกกังวลจากเข็มฉีดยาสามารถถอนหายใจด้วยความโล่งอกได้แล้ว เมื่อวิศวกรของ Rutgers กำลังสร้างเจ้าเข็มจิ๋วเรียกว่า microneedle ที่แพร่กระจาย (ยา) ได้อย่างรวดเร็วและสร้างความเจ็บปวดน้อยที่สุดโดยเลียนแบบปรสิตที่ยึดติดกับเนื้อเยื่อ microneedle ที่เรียงตัวเป็นแถวพิมพ์ด้วยระบบ 4D มีสเกลความยาวระดับไมโครเมตร ถูกออกแบบมาเพื่อเชื่อมต่อกับเนื้อเยื่อเมื่อจิ้มเข้าไปในผิวหนังช่วยเพิ่มการยึดเกาะ จากการศึกษาในวารสาร Advanced Functional Materials

แรงบันดาลใจในการออกแบบนั้นมาจาก microhooks แปลได้ว่า อวัยวะเกาะเกี่ยวระดับไมโครของปรสิต (parasites), เหล็กในของผึ้ง และ ขนเม่น (quills)

ในขณะที่การพิมพ์ 3D เป็นการผลิตแบบขึ้นรูปวัตถุในลักษณะเป็นชั้น ๆ ทีละชั้นๆ การพิมพ์ 4 มิติจะเพิ่มมิติที่สี่เข้ามาก็คือ เวลา การพิมพ์ 4 มิติช่วยให้วัสดุสามารถเปลี่ยนรูปแบบตามที่โปรแกรมไว้ล่วงหน้าเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้า “ในการศึกษานี้เราตั้งโปรแกรมหรือปรับพารามิเตอร์การผลิตและวัสดุของเราให้เป็นไปแบบแนวนอนซึ่งสามารถทำให้เข็มกลับทิศทางไปด้านหลังได้ เมื่อเข็มถูกจิ้มเข้าไปในเนื้อเยื่อก็จะทำให้เกิดการประสานกันในทางกลไกกับเนื้อเยื่อทำให้ microneedle เกาะเกี่ยวกับเนื้อเยื่อได้อย่างแนบแน่น”  ผู้นำการวิจัย Howon Lee ผู้ช่วยศาสตราจารย์ในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบินและอวกาศแห่งคณะวิศวกรรมศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Rutgers-New Brunswick อธิบาย ด้วยหวังว่า microneedle จะเข้ามาแทนที่เข็มฉีดยาที่ทำให้เราหวาดกลัวและเจ็บปวดได้ในอนาคตอันใกล้

2. Five-Millimeter Diameter Motor Powered by Light | มอเตอร์จิ๋วพลังงานแสง

มอเตอร์โรตารีทั่วไปประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่าง ดังนั้นการย่อขนาดจึงไม่ใช่เรื่องง่าย แต่นักวิจัยก็สามารถพัฒนามอเตอร์ขนาดเล็กที่มีวงแหวนเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 มิลลิเมตรซึ่งถูกขับเคลื่อนและควบคุมด้วยลำแสงเลเซอร์ได้

มอเตอร์สามารถทำงานได้ด้วยการหมุนองค์ประกอบอื่นที่ติดตั้งบนแกนเดียวกัน ตามที่นักวิจัยจากคณะฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยวอร์ซอว์และผู้ร่วมการวิจัยจากโปแลนด์และจีนอธิบาย

พวกเขาบรรลุเป้าหมายด้วยการใช้ อีลาสโตเมอร์ผลึกเหลว (liquid crystal elastomers – LCE) ซึ่งเป็นกลุ่มวัสดุอัจฉริยะที่ช่วยให้สามารถสร้างอุปกรณ์พกพาขนาดเล็กที่สามารถเคลื่อนที่ได้ เพื่อแสดงให้เห็นว่า micromotor แบบหมุนสามารถขับเคลื่อนได้ด้วยแสง นักวิจัยกล่าวว่า วัสดุเหล่านี้ได้ชื่อว่า “smart” เพราะคุณสมบัติในการเปลี่ยนแปลงรูปร่างแบบพลิกกลับ ด้วยความเร็วและมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าภายใต้สิ่งเร้าต่าง ๆ รวมถึงการส่องแสงสว่างด้วยแสงที่มองเห็นได้

การออกแบบได้รับแรงบันดาลใจจากมอเตอร์ piezoelectric ring ซึ่งมักพบในกลไกออโต้โฟกัสของเลนส์ถ่ายภาพ

ว่าแต่ออกแบบมาเพื่ออะไร “แม้ว่าความเร็วจะต่ำ ด้วยรอบหมุนหนึ่งรอบต่อหนึ่งนาที แต่มอเตอร์ของเราช่วยให้เราสามารถมองเห็นวัสดุอ่อนนุ่มที่ทรงประสิทธิภาพได้ในระดับไมโครเมตรจากมุมมองที่แตกต่างกัน” ดร. Klaudia Dradrach Photonic Nanostructure Facility กล่าวถึงประโยชน์ของมอเตอร์จิ๋วหากได้มีการนำมาใช้จริง

3. Tiny, Battery-Free ID Chip Protects the Supply Chain | ชิปติดตามสินค้าขนาดเล็ก โนแบต

ระบบการติดตามสินค้าที่เชื่อถือได้ด้วยการติดแท็กระบุคลื่นความถี่วิทยุ (RFID) อาจกลายเป็นเรื่องที่ทำให้ลำบากใจ ยังไม่ต้องพูดถึงต้นทุนการผลิตที่เพิ่มขึ้นที่มา พร้อมกับแท็กบรรจุภัณฑ์ขนาดเทอะทะที่ไม่เหมาะกับทรัพย์สินขนาดเล็ก

เป็นความจริงที่ว่า สินค้าปลอมสร้างความเสียหายให้กับบริษัทต่าง ๆ คิดเป็นมูลค่าถึง 6 แสนล้านเหรียญสหรัฐต่อปี

นักวิจัยของ MIT มาพร้อมกับชิป ID ที่มีขนาดเล็กจิ๋วระดับมิลลิเมตร เล็กพอที่จะนำไปใช้กับผลิตภัณฑ์ใดก็ได้ เพราะมันคือสิ่งประดิษฐ์ที่จะช่วยในการติดตามการขนส่งของวัตถุขนาดเล็กโดยเฉพาะ ตั้งแต่น๊อตตัวเล็กๆ ไปจนถึงรากฟันเทียม หรือ ชิปซิลิคอน

“เราสร้างชิปขนาดเล็กที่มีราคาถูกโดยไม่ต้องมีบรรจุภัณฑ์ แบตเตอรี หรือแม้แต่ส่วนประกอบภายนอกอื่นใด ซึ่งสามารถเก็บและส่งข้อมูลที่มีความละเอียดอ่อนได้” Ruonan Han ผู้ร่วมงานวิจัย ตำแหน่งผู้ช่วยศาสตราจารย์ ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์ และหัวหน้ากลุ่ม Terahertz Integrated Electronics ในห้องปฏิบัติการเทคโนโลยี Microsystems ที่ MIT กล่าว แถมยังบอกว่า ชิปนี้ยังทำงานได้ด้วยระดับพลังงานค่อนข้างต่ำ สามารถส่งข้อมูลได้ในระยะไกลด้วยเทคนิก “backscatter”และยังมีคลื่นความถี่สูงกว่า RFIDs หลายร้อยเท่า

 

4. Ultra-Low Power Wi-Fi Connectivity for IoT Devices | วิทยุ Wi-Fi เชื่อมอุปกรณ์อินเทอร์เน็ต

วิศวกรไฟฟ้าที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโกได้พัฒนาวิทยุ Wi-Fi พลังงานต่ำพิเศษตัวใหม่ที่ฝังชิปขนาดเล็กกว่าเม็ดข้าวไว้ภายใน

ชิปนี้ช่วยให้อุปกรณ์ Internet of Things (IoT) สามารถสื่อสารกับเครือข่าย Wi-Fi ที่มีอยู่โดยใช้พลังงานน้อยกว่าคลื่นวิทยุ Wi-Fi ปัจจุบันถึง 5,000 เท่า ด้วยการใช้พลังงานเพียง 28 ไมโครวัตต์ส ในการส่งข้อมูลที่อัตรา 2 เมกะบิตต่อวินาที (เป็นการเชื่อมต่อที่รวดเร็วพอจะสตรีมเพลงและวิดีโอบน YouTube ได้) ในระยะ 21 เมตรขึ้นไป

ชิปนี้อาจมีอายุการใช้งานนานหลายปีด้วยถ่านก้อนกระดุมเพียงก้อนเดียว Dinesh Bharadia ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ที่ UC San Diego Jacobs School of Engineering กล่าว

“คุณสามารถเชื่อมต่อโทรศัพท์ พร้อมกับอุปกรณ์สมาร์ทๆ ทั้งหลายของคุณ แม้แต่กล้องขนาดเล็กหรือเซนเซอร์ต่างๆ ไปยังชิปนี้ และสามารถส่งข้อมูลโดยตรงจากอุปกรณ์เหล่านี้ไปยังจุดเชื่อมต่อ Wi-Fi ที่อยู่ใกล้คุณ” Bharadia กล่าว

แล้วมันทำงานยังไง? วิทยุ Wi-Fi ทำงานด้วยพลังงานที่ต่ำมากโดยการส่งข้อมูลผ่านเทคนิคที่เรียกว่า backscattering “มันจับสัญญาณ Wi-Fi ที่เข้ามาจากอุปกรณ์ใกล้เคียง (เช่นสมาร์ทโฟน) หรือจุดเชื่อมต่อ Wi-Fi ปรับเปลี่ยนสัญญาณและเข้ารหัสข้อมูลของตัวเองลงบนอุปกรณ์เหล่านี้ แล้วสะท้อนสัญญาณใหม่ไปยังช่องสัญญาณ Wi-Fi อื่น ๆ เพื่อต่อไปยังอุปกรณ์หรือจุดเชื่อมต่ออื่น”

 

5. Miniaturized “Warehouse Robots” for Faster, Automated Blood Diagnostics | หุ่นยนต์จิ๋วแยกหยดของเหลว

หุ่นยนต์แวร์เฮาส์โลจิสติกส์ขนาดจิ๋วสามารถช่วยกระตุ้นการทำงานและทำให้เทคโนโลยีการวินิจฉัยทางการแพทย์เป็นไปโดยอัตโนมัติ ทั้งการเคลื่อนที่และการจัดการแยกหยดของเหลวในการวินิจฉัยโรค

หุ่นยนต์ที่ว่านี้ถูกขนานนามว่า“ เฟอโรบอท” หรือ ‘ferrobots’ โดยทีมวิศวกรของ UCLA มีรูปร่างเหมือนแผ่นดิสก์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางราว 2 มิลลิเมตร ถูกออกแบบมาเพื่อทำงานร่วมกันในการเคลื่อนย้ายและจัดการกับหยดเลือดหรือของเหลวอื่น ๆ ด้วยความแม่นยำ รายงานจากนักวิจัยที่นำข้อมูลมาจากระบบหุ่นยนต์เคลื่อนที่ในเครือข่ายในอุตสาหกรรมการผลิตและการจัดจำหน่าย

Watch the ferrobots on the “factory floor”:

นักวิจัยสามารถแยกหยดของเหลวขนาดใหญ่หนึ่งหยด ให้เป็นหยดเล็ก ๆ ลงในถาดทดสอบเพื่อตรวจหาสัญญาณของโรค

 

อ้างอิง: www.machinedesign.com

บทความที่เกี่ยวข้อง:

Future Materials:10 นวัตกรรมวัสดุก่อสร้าง – จุดเปลี่ยนอนาคต

10 เครื่องจักรใหญ่ที่สุดในโลก | The 10 largest machine tools in the world

About The Author