กล้ามเนื้อเทียมสำหรับแขนกลไฟฟ้าจากยางพารา

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ปัณณ์พิชชา ภาษิต, สิรภัทร นรพัลลภ

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

ภาณุพงศ์ ภูทะวัง

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนกำเนิดวิทย์

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2561

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

ปัจจุบัน ในวงการแพทย์ และการช่วยเหลือคนพิการ มีการใช้แขนกลเพื่อเป็นอวัยวะเทียม ซึ่งมีลักษณะเป็นแขนกลไฟฟ้าที่ควบคุมการทำงานด้วยสัญญาณประสาทของผู้ใช้แขนกลไฟฟ้า มีลักษณะพื้นผิวเป็นเหล็ก หรือพลาสติก ทำให้แข็ง และไม่เป็นธรรมชาติแตกต่างจากแขนของคนจริงๆ ทางผู้จัดทำจึงเล็งเห็นว่าสามารถพัฒนาเทคโนโลยีนี้ โดยการสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติยืดหยุ่นคล้ายกล้ามเนื้อ แต่สามารถส่งสัญญาณประสาท หรือนำไฟฟ้าได้เป็นกล้ามเนื้อเทียมทดแทนพื้นผิวเดิมที่แข็ง ไม่เหมาะกับการใช้งานจริง จากการค้นคว้าข้อมูลพบว่า low-resilience polyurethane foam (LRPu) คือโฟมที่มีลักษณะของเนื้อโพลิเมอร์ความหนาแน่นต่ำ มีความสามารถในการคืนสภาพเดิมได้เมื่อได้รับแรงกดทับ ผลิตจากการผสมกันระหว่าง polyol isocyanate น้ำ และ ตัวเร่งปฏิกิริยา โดยในโครงงานนี้ polyol ที่ใช้ คือ ยางพารา เนื่องจากยางพารา คือ polyol ธรรมชาติ และเป็นพืชเศรษฐกิจของประเทศไทย และในการทำให้ LRPu มีสมบัติในการนำไฟฟ้า ผู้จัดทำใช้ graphene เนื่องจาก graphene คือ ชั้นหนึ่งของคาร์บอน มีความหนาหนึ่งอะตอม และเป็นตัวนำไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ

ดังนั้นในโครงงานนี้จึงศึกษาการผลิต low-resilience polyurethane foam ที่มีอัตราส่วนระหว่างยางพารา isocyanate และ graphene แตกต่างกัน เพื่อหาอัตราส่วนในการผลิตกล้ามเนื้อเทียมที่มีคุณสมบัติเชิงกล และความต้านทานไฟฟ้าใกล้เคียงกับกล้ามเนื้อจริง

ปัจจุบัน ในวงการแพทย์ และการช่วยเหลือคนพิการ มีการใช้แขนกลเพื่อเป็นอวัยวะเทียม ซึ่งมีลักษณะเป็นแขนกลไฟฟ้าที่ควบคุมการทำงานด้วยสัญญาณประสาทของผู้ใช้แขนกลไฟฟ้า มีลักษณะพื้นผิวเป็นเหล็ก หรือพลาสติก ทำให้แข็ง และไม่เป็นธรรมชาติแตกต่างจากแขนของคนจริงๆ ทางผู้จัดทำจึงเล็งเห็นว่าสามารถพัฒนาเทคโนโลยีนี้ โดยการสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติยืดหยุ่นคล้ายกล้ามเนื้อ แต่สามารถส่งสัญญาณประสาท หรือนำไฟฟ้าได้เป็นกล้ามเนื้อเทียมทดแทนพื้นผิวเดิมที่แข็ง ไม่เหมาะกับการใช้งานจริง จากการค้นคว้าข้อมูลพบว่า low-resilience polyurethane foam (LRPu) คือโฟมที่มีลักษณะของเนื้อโพลิเมอร์ความหนาแน่นต่ำ มีความสามารถในการคืนสภาพเดิมได้เมื่อได้รับแรงกดทับ ผลิตจากการผสมกันระหว่าง polyol isocyanate น้ำ และ ตัวเร่งปฏิกิริยา โดยในโครงงานนี้ polyol ที่ใช้ คือ ยางพารา เนื่องจากยางพารา คือ polyol ธรรมชาติ และเป็นพืชเศรษฐกิจของประเทศไทย และในการทำให้ LRPu มีสมบัติในการนำไฟฟ้า ผู้จัดทำใช้ graphene เนื่องจาก graphene คือ ชั้นหนึ่งของคาร์บอน มีความหนาหนึ่งอะตอม และเป็นตัวนำไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพโดยในโครงงานนี้จะศึกษาการผลิต low-resilience polyurethane foam ที่มีอัตราส่วนระหว่างยางพารา isocyanate และ graphene แตกต่าง ซึ่งจะแบ่งการทดลองหลักๆ เป็น 2 ขั้นตอน คือ การสร้างโฟมจากยางพารา และการผสมกราฟีน เริ่มที่การสร้างโฟมจากยางพาราโดย การผสมน้ำยางพารากับสาร isocyanate และน้ำในอัตาส่วนที่แตกต่างกัน แล้วนำไปผ่านกระบวนการสร้าง polyurethane foam จากนั้นทดสอบสมบัติเชิงกลของโฟม เลือกอัตราส่วนที่มีสมบัติเชิงกลใกล้เคียงกล้ามเนื้อจริงมากที่สุดเพื่อเข้าสู่ขั้นตอนถัดไป คือการผสมกราฟีนลงในโฟม โดยจะผสมลงในขั้นตอนการผสมน้ำยางพารากับสาร isocyanate และน้ำ จากนั้นนำไปผ่านกระบวนการสร้าง polyurethane และทดสอบความต้านทานไฟฟ้าด้วยวิธี Four Point Probe เพื่อหาอัตราส่วนที่มีความต้านไฟฟ้าใกล้เคียงกล้ามเนื้อจริง ดังนั้นอัตราส่วนที่มีความเหมาะสมที่สุดในการผลิตกล้ามเนื้อเทียม จะมีคุณสมบัติเชิงกล และความต้านทานไฟฟ้าใกล้เคียงกับกล้ามเนื้อจริง