แปลและเรียบเรียง โดย มาริสา คุณธนวงศ์

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

กระดาษเป็นวัสดุที่ใช้กันมาเนิ่นนาน สามารถใช้งานได้อเนกประสงค์ และยังมีราคาที่ไม่แพง มันจึงเป็นวัสดุที่ทีมวิจัยจากสถาบันปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัยคาร์เนกี (Carnegie Mellon University’s Human-Computer Interaction Institute) สนใจที่จะนำมาประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยีตัวกระตุ้นต้นทุนต่ำ

 

ทีมวิจัยจากสถาบันดังกล่าวได้คิดค้นตัวกระตุ้น (actuator) ที่ทำจากกระดาษโดยใช้กระบวนการผลิตที่ค่อนข้างง่าย กระบวนการนี้อาศัยเครื่องพิมพ์ FDM (Fused Deposition Modelling) ซึ่งเป็นเครื่องพิมพ์สามมิติที่มีราคาถูกที่สุดเมื่อเทียบกับเครื่องพิมพ์สามมิติแบบอื่น โดยมันมีหลักการทำงานที่เข้าใจง่ายๆ คือ มันจะวาดและฉีดเส้นพลาสติกออกมาเป็นวัตถุรูปทรงสามมิติ

 

ดังนั้นทีมจีงริเริ่มการผลิตตัวกระตุ้นกระดาษโดยนำเครื่องพิมพ์ FDM มาใช้วาดและฉีดเส้นใยพลาสติกที่ทำจากวัสดุคอมพอสิตกราฟีนพอลิแลคไทด์ที่มีสมบัติการนำไฟฟ้า (conductive graphene polylactide filament)ลงบนกระดาษพิมพ์ทั่วไป

กระบวนการผลิตตัวกระตุ้นที่มีสามขั้นตอน โดยเริ่มจากการฉีดเส้นใยเทอร์โมพลาสติกลงบนกระดาษสำเนาเป็นชั้นบางๆเพียงไม่ถึงครึ่งมิลลิเมตรด้วยเครื่องพิมพ์ FDM จากนั้นนำมันไปให้ความร้อนในเตาอบอุณหภูมิ 70 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 10 วินาที
เมื่อนำกระดาษที่พิมพ์ด้วยเทอร์โมพลาสติกนี้ออกจากเตาอบ กระดาษดังกล่าวจะเริ่มโค้งงอและจะโค้งงอที่สุดเมื่อเวลาผ่านไปประมาณ 10 วินาที โดยรูปร่างนี้จะเป็นรูปร่างตั้งต้น (Initial shape)

ต่อมา ทีมนำตัวจ่ายกระแสไฟมาต่อกับมันเพื่อให้ความร้อน และความร้อนดังกล่าวจะทำให้เทอโมพลาสติกบนกระดาษเกิดการขยายตัวจนทำให้ตัวกระตุ้นกระดาษนี้สามารถยืดตรงได้ ในทางตรงกันข้ามเมื่อถอดตัวจ่ายกระแสไฟออก ตัวกระตุ้นกระดาษก็จะกลับมาอยู่ในรูปร่างเดิมอัตโนมัติ

นอกจากนี้ กระบวนการผลิตนี้ยังสามารถพัฒนาได้โดยการปรับเปลี่ยนความเร็วของการพิมพ์ หรือความกว้างของขนาดเส้นใยเทอร์โมพลาสติกเพื่อให้ตัวกระตุ้นกระดาษสามารถพับหรือโค้งงอได้ในลักษณะที่แตกต่างกันออกไปซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ที่แตกต่างกันได้ด้วย

วิดีโอรวมผลงานที่ผสานเทคโนโลยีตัวกระตุ้นกระดาษที่ให้ทั้งรสนิยม ความเป็นศิลปะ ราคาถูก และยังใช้งานได้จริง โดยในวิดิโอจะมีตัวอย่างการนำตัวกระตุ้นกระดาษนี้ไปต่อกับโคมไฟทำให้โคมไฟสามารถเปลี่ยนรูปทรงและปรับปริมาณแสงได้ หรือนำไปทำใบของต้นไมยราบเทียมที่สามารถหุบใบได้เมื่อโดนสัมผัส รวมถึงผลงานของนักศึกษากว่า 50 คนจากมหาวิทยาลัยเจ้อเจียง หางโจว ในประเทศจีนที่ออกแบบสื่อต่างๆ อาทิเช่น หนังสือป๊อปอัพซึ่งรวมถึงผลงาน Starry Night และ Sunflowers อันโด่งดังของ Vincent Van Gogh.

ศัพท์วัสดุศาสตร์

actuator คือ วัสดุที่สามารถเคลื่อนไหว หรือเปลี่ยนรูปร่างหรือขนาดตามสิ่งเร้าที่เหมาะสม เช่น โลหะจำรูป ซึ่งสามารถเปลี่ยนรูปร่างตามอุณหภูมิ หรือ ผลึกเซรามิกที่มีสมบัติเพียโซอิเล็กทริกหรืออิเล็กโทรสทริกทีฟ เช่น PZT (lead zirconate titanate) ซึ่งเมื่อให้สนามไฟฟ้าเข้าไปจะให้ความเครียดอย่างคงที่

สนใจอ่านข้อมูลเพิ่มเติมที่ 
https://morphingmatter.cs.cmu.edu/paper-actuator/
https://www.drancom.com/paper/ppa2018chi.pdf
Scroll Up