โดรนกู้ภัย “X VEIN” โดดเด่นด้วยดีไซน์แบบออร์แกนิกที่น่าประทับใจและไม่เคยมีมาก่อน สร้างขึ้นโดยใช้พลังของเทคโนโลยี 3 มิติ เพื่อแสดงออกถึงความปรารถนาที่จะช่วยค้นหาผู้สูญหายและช่วยชีวิตในพื้นที่ประสบภัยพิบัติ
ผู้สร้างคือวิศวกรออกแบบ ยูกิ โอกาซาวาระ เหตุผลคืออะไรที่ทำให้ “ทำได้เฉพาะกับ Fusion 360 เท่านั้น”?

จุดเริ่มต้นของเหตุการณ์คือแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ทางตะวันออกของญี่ปุ่น

ยูกิ โอกาซาวาระ เป็นวิศวกรอิสระที่พัฒนาโดรนต้นแบบและออกแบบแขนเทียมไฟฟ้าที่เหมาะสมสำหรับการกู้ภัยและบรรเทาภัยพิบัติ เขาบอกว่าสิ่งที่จุดประกายความสนใจของเขาในด้านการกู้ภัยและสวัสดิการทางการแพทย์คือเหตุการณ์แผ่นดินไหวครั้งใหญ่ทางตะวันออกของญี่ปุ่นเมื่อวันที่ 11 มีนาคม 2011 ซึ่งเกิดขึ้นก่อนที่เขาจะเข้าเรียนที่วิทยาลัยเทคโนโลยีโตเกียว

“ในตอนนั้น ผมอยากเรียนวิทยาการหุ่นยนต์ที่วิทยาลัยเทคนิค แต่แล้วก็เกิดแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ทางตะวันออกของญี่ปุ่นขึ้น และผมตกใจมากเมื่อได้เห็นภาพเหตุการณ์ภัยพิบัติ ถ้าผมจะสร้างอะไรสักอย่าง ผมอยากสร้างสิ่งที่สามารถเป็นประโยชน์ต่อผู้อื่นได้ ดังนั้นผมจึงตัดสินใจค้นคว้าเกี่ยวกับอุปกรณ์ทางการแพทย์และสวัสดิการ เช่น แขนขาเทียม”

หลังจากเข้าเรียนวิทยาลัยเทคนิค การเกิดขึ้นของกระแสการสร้างสรรค์ (maker movement) ที่ดึงดูดความสนใจไปที่โดรนและเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ทำให้โอกาซาวาระสงสัยว่าโดรนจะสามารถใช้ค้นหาผู้สูญหายในภัยพิบัติได้หรือไม่ ในปี 2012 เขาเริ่มพัฒนามัลติคอปเตอร์กับเพื่อนของเขา คุเมดะ เรียว และในปี 2015 เขาได้เข้าร่วมการแข่งขันหุ่นยนต์บินในร่มสำหรับนักเรียนทั่วประเทศญี่ปุ่นด้วยโดรนที่เขาประดิษฐ์เอง และได้รับรางวัลชนะเลิศในประเภทมัลติคอปเตอร์

โอกาซาวาระและทีมงานได้สั่งสมองค์ความรู้ด้านการพัฒนาโดรนผ่านความพยายามเหล่านี้ แต่พวกเขาก็รู้สึกว่าการนำโดรนที่มีอยู่ในปัจจุบันมาใช้ในการบรรเทาภัยพิบัติโดยตรงนั้นเป็นเรื่องยาก เนื่องจากโดรนสำเร็จรูปที่วางขายทั่วไปจำนวนมากเน้นการออกแบบให้มีน้ำหนักเบา ทำให้ยากต่อการปรับแต่งรูปทรงหรือรับประกันความแข็งแรงและความปลอดภัย ในทางกลับกัน หากต้องการระยะเวลาบินและฟังก์ชันการทำงาน โดรนก็จะแพงและหนัก โอกาซาวาระและทีมงานจึงรู้สึกว่าจำเป็นต้อง “คิดค้น” โดรนขึ้นมาใหม่ด้วยแนวคิดใหม่เพื่อให้บรรลุเป้าหมายของพวกเขา

สามารถสร้างได้เฉพาะในรูปแบบ 3 มิติเท่านั้น

ในช่วงปีที่ห้าของการศึกษาที่วิทยาลัยเทคนิค โอกาซาวาระได้เข้าร่วมโครงการฝึกงานที่บริษัท ixy Inc. ซึ่งตั้งอยู่ใน DMM.make AKIBA ในย่านอากิฮาบาระ โตเกียว ในงานอีเวนต์ที่จัดขึ้น ณ สถานที่เดียวกันนั้น เขาได้สัมผัสกับเทคโนโลยีล่าสุดของ Autodesk และค้นพบวิธีการ “การออกแบบเชิงสร้างสรรค์” (generative design) ซึ่งใช้คอมพิวเตอร์ในการสร้างแบบจำลองโครงสร้างที่เหมาะสมที่สุดโดยอัตโนมัติ และเป็นช่วงเวลานั้นเองที่เขาเริ่มใช้งาน Fusion 360 อย่างจริงจัง

โอกาซาวาระเชื่อมั่นว่า เพื่อสร้างโดรนที่ไม่เคยมีมาก่อน ซึ่งมีน้ำหนักเบา, แข็งแรง และปรับแต่งได้สูง จำเป็นต้องก้าวออกจากวิธีการออกแบบแบบเดิม ๆ และหันมาใช้การสร้างแบบจำลอง 3 มิติและการพิมพ์ 3 มิติแทน เขาจึงเริ่มโครงการ “X VEIN” โดยร่วมมือกับคุเมดะ, เท็ตสึยะ โคนิชิ นักออกแบบของ ixy และบริษัทต่าง ๆ เช่น Autodesk และ Wacom

ขั้นแรก วิศวกรโอกาซาวาระสร้างแบบจำลองโดยอิงจากภาพร่างการออกแบบของนักออกแบบโคนิชิ บางครั้งนักออกแบบจะวาดลงบนภาพหน้าจอจาก Fusion 360 เพื่อสร้างภาพที่เขาคิดไว้ และพวกเขาก็จะปรับสัดส่วนซ้ำ ๆ จนกว่าจะพบการออกแบบที่ใช้งานได้จริง ข้อดีอย่างหนึ่งของ Fusion 360 คือช่วยให้วิศวกรและนักออกแบบสามารถสื่อสารกันได้อย่างราบรื่น

“ตั้งแต่เริ่มต้น เราวางแผนที่จะออกแบบสิ่งที่ใช้ประโยชน์จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติให้ได้มากที่สุด เนื่องจากเราไม่ใช้แม่พิมพ์ เราจึงสามารถพิมพ์รูปทรงใด ๆ ก็ได้ที่สามารถจำลองได้ใน Fusion 360 ดังนั้น สำหรับ X-Bane เราจึงตัดสินใจออกแบบโครงสร้างที่เพรียวบางซึ่งรวมเอาส่วนป้องกันใบพัด, แท่นยึดมอเตอร์ และล้อลงจอดเข้าไว้ด้วยกัน”

เมื่อได้โครงร่างคร่าว ๆ แล้ว จึงใช้ฟังก์ชัน “Sculpting” เพื่อสร้างรูปทรงที่มีรายละเอียด แต่ในตอนแรก เนื่องจากเขาไม่คุ้นเคยกับกระบวนการนี้ เขาจึงอาศัยความช่วยเหลือจากฟอรัมสนับสนุน “มันเหมือนกับการปั้นดินเหนียว ดังนั้นถ้าคุณทำด้วยสัญชาตญาณ คุณก็จะได้รูปทรงที่บิดเบี้ยว มันต้องใช้ทักษะพอสมควรในการรักษาความต่อเนื่องของพื้นผิวและทำให้มันดูสะอาดตาและมีดีไซน์แบบอุตสาหกรรม”

หลังจากพิมพ์แบบจำลองโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ และตรวจสอบรูปทรงโดยรวมแล้ว พวกเขาก็เริ่มประกอบโครงสร้างตาข่าย ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของการออกแบบเชิงสร้างสรรค์เพื่อลดน้ำหนักของเครื่อง
พวกเขาเลือกบริเวณปีกรูปตัว X ที่ต้องการลดน้ำหนัก และทำการวิเคราะห์โครงสร้างโดยใช้ Autodesk Netfabb จากนั้นจึงคัดลอกรูปแบบตาข่ายที่เสนอและติดเข้ากับปีกด้วยตนเอง

“ตัวอย่างเช่น หากคุณกำหนดเงื่อนไขให้กับซอฟต์แวร์ เช่น สามารถรับน้ำหนักได้ 100 นิวตัน ซอฟต์แวร์จะเสนอรูปแบบโครงสร้างหลายแบบโดยอัตโนมัติ อย่างไรก็ตาม โครงสร้างที่ได้อาจไม่สวยงามเสมอไป ดังนั้นเราจึงต้องทำความเข้าใจรูปแบบรูปทรงก่อน แล้วจึงสร้างโครงสร้างนั้นขึ้นใหม่ใน Fusion 360”

แบบจำลองแรกที่ประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์นั้นบินได้สำเร็จ แต่โครงสร้างตาข่ายที่หนาแน่นทำให้เกิดแรงต้านอากาศมาก ส่งผลให้มอเตอร์ทำงานหนักและจำกัดระยะเวลาบินได้เพียงประมาณหนึ่งนาทีต่อครั้ง โดยการลดความหนาของคานและเพิ่มขนาดของตาข่าย แบบจำลองที่สองจึงมีน้ำหนักเบาลงเหลือเพียง 600 กรัม และสามารถบินได้เต็มประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ในอนาคตจะมีการปรับปรุงเพิ่มเติมโดยมีเป้าหมายเพื่อนำโดรนนี้ไปใช้ในเชิงพาณิชย์เพื่อช่วยชีวิต

“ด้วย X-Bane 2 ในที่สุดเราก็สามารถสร้างโดรนกู้ภัยตามที่เราจินตนาการไว้ได้สำเร็จ การผสานรวมฟังก์ชันการออกแบบ 2 มิติ, การสร้างแบบจำลอง 3 มิติ และการแกะสลักของ Fusion 360 ทำให้เราสามารถสร้างสิ่งนี้ขึ้นมาได้ในระยะเวลาอันสั้นด้วยความช่วยเหลือจากหลาย ๆ คน”