หุ่นยนต์แบบต่างๆ

หุ่นยนต์บำบัด

ความผิดปกติทางด้านออฺธิสติกส์ (Autistic Disorders) มีอัตราเกิดขึ้นในเด็กถึง 1 ใน 300 คน อาการที่ปรากฏชัดของเด็กออธิสติกส์คือ การที่เขาขาดความสามารถปฏิสัมพันธ์กับผู้อื่น อาทิ หลีกเลี่ยงหรือมีการสบตาน้อย ขาดความเข้าใจในท่าทางและการแสดงออกทางหน้าตา การใช้คำพูดตะกุกตะกัก ประสบความยากลำบากในการรับรู้เจตนาและความรู้สึกของผู้ใกล้ชิด ท่านที่มีบุตรหลานที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกติจึงน่าเห็นใจอย่างยิ่ง ในปัจจุบันนี้การตรวจอาการดังกล่าวใช้เพียงการสังเกตเชิงพฤติกรรมเท่านั้น ยังไม่มีการตรวจเลือดหรือตรวจสอบทางยีนส์แม้ว่าจะมีหลักฐานทางแพทย์ว่ามีส่วนสัมพันธ์กับการถ่ายทอดทางพันธุกรรม
หุ่นยนต์เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ดึงดูดและกระตุ้นความสนใจจากเด็กๆทั่วไปรวมทั้งกลุ่มเด็กออธิสติกส์ หลายหน่วยงานวิจัยในต่างประเทศจึงริเริ่มทดลองนำหุ่นยนต์มาเป็นตัวสื่อปฏิสัมพันธ์กับเด็กที่มีอาการผิดปกติเหล่านี้ หลายคนเชื่อว่าหุ่นยนต์ของเล่นให้ความเป็นกันเองและความ “อุ่นใจ” ต่อเด็กๆมากกว่าผู้ใหญ่รอบข้างเสียอีก ผมเคยสังเกตเด็กป่วยที่ต้องไปหาคุณหมอบ่อยๆในวัยเด็กจะเกิดความระแวงเมื่อเห็นผู้ใหญ่เล่นด้วยและยิ้มให้ คงเป็นเพราะคุณหมอเหล่านั้นต้องหลอกล่อเล่นกับเด็กจนเพลินเสียก่อนแล้วจึงทิ่มเข็มฉีดยา เด็กบางคนถึงกลับวิ่งอ้อมไปดูด้านหลังผู้ใหญ่ที่ยืนยิ้มเอามือไพล่หลังอยู่เพราะกลัวว่าในมือมีเข็มฉีดยาอยู่ มีการศึกษา ของ Rogers & Pennington, 1991 และ Baron-Cohen, 1995 กล่าวถึงสาเหตุของออธิสติกส์ว่าอาจเกิดจากขบวนการเลียนแบบและการแสดงอารมณ์ร่วมในวัยต้นของเด็กเล็กนั้นไม่สมบูรณ์แบบ การเลียนแบบถือเป็นลักษณะการสื่อสารประเภทหนึ่งที่บ่งบอกถึงความสนใจและการเข้าหาผู้อื่นจนไปกึงการมีปฎิสัมพันธ์ (Nadel, 1999)
หุ่นยนต์รุ่นใหม่นี้ถูกสร้างให้ฉลาดพอที่จะเข้าใจพฤติกรรมของเด็กและสามารถตอบสนองและกระตุ้นให้เด็กกล้าแสดงออก ที่จริงหุ่นยนต์ของเล่นปัจจุบันเปิดโอกาสให้เด็กผู้เล่นสวมบทบาท “กำกับ” คือสามารถโปรแกรมหุ่นยนต์ตามจินตนาการของตน ดังนั้นเราจึงได้เห็นเด็กออธิสติกส์ที่เงียบขรึมอยู่กับโลกส่วนตัวคนเดียวเริ่มเล่นกับหุ่นยนต์เช่นเดียวกันกับเด็กปกติเล่น อย่างไรก็ตามบทผู้กำกับที่ผมกล่าวถึงอาจจะสูงไปในขั้นต้น นักวิจัยใช้เพียงการกำหนดให้หุ่นยนต์แสดงท่าทางอย่างง่ายๆ ก็ได้รับผลที่น่าพอใจยิ่งเพราะเด็กออธิสติกส์แสดงท่าทางเลียนแบบ เราหวังว่าเมื่อเขาตอบสนองกับหุ่นยนต์ได้ดีเหมือนกับเด็กทั่วไป สภาวะแวดล้อม “อุ่นใจ” ร่วมกับหุ่นยนต์นี้คือกุญแจสำคัญอันหนึ่งที่อาจไขปริศนาบางอย่างอันอาจทำให้อาการผิดปกตินั้นทุเลาลงจนเขาสามารถปฏิสัมพันธ์กับมนุษย์ผู้อื่นได้ดีขึ้น แนวความคิดคือให้หุ่นยนต์แสดงท่าทางซ้ำๆกระตุ้นความสนใจ “การเลียนแบบ” ของเด็ก หุ่นยนต์ที่ใช้ชื่อ Robota

หุ่นยนต์ก่อสร้าง

บริษัทโอบายาชิเคยให้ผมไปดูงานด้านการใช้หุ่นยนต์เพื่อการก่อสร้างอาคารสูงๆให้เสร็จในระยะเวลาอันรวดเร็ว ชื่อระบบหุ่นยนต์คือ “Big Canopy” เน้นงานสร้างอาคารที่มีรูปร่างพื้นที่หน้าตัดเหมือนกันหรือใกล้เคียงกัน ทำให้การสร้างแต่ละชั้นมีระบบและขั้นตอนทำงานที่แน่นอน จึงเป็นการง่ายที่เราจะเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ไปควบคุมการทำงานของเครื่องจักรและกลไกการทำงาน ตลอดจนการควบคุมเวลาและคุณภาพก็ทำได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเมื่อเสร็จสิ้นในแต่ละชั้นแล้วก็เดินหน้าทำซ้ำอย่างเดียวกันในชั้นต่อๆ ไป อีกตัวอย่างหนึ่งคือ หุ่นยนต์แต่งผิวคอนกรีต (Concrete Surface Treatment Robot) ขนาดประมาณโต๊ะทำงานของเรา มีขีดความสามารถแต่งผิวได้ถึง 80 ตารางเมตรต่อชั่วโมง ดูดซับน้ำได้มากกว่าหนึ่งลิตรต่อหนึ่งตารางเมตร โดยปั๊มสุญญากาศความดัน -400 mmHg ที่สำคัญไม่มีสายไฟฟ้าระโยงระยางเกะกะการทำงานเพราะถูกควบคุมในลักษณะไร้สายเป็นระยะถึง 50 เมตร ประเทศญี่ปุ่นได้รับการยอมรับว่าเป็นผู้นำด้านหุ่นยนต์ก่อสร้าง นับถึงปัจจุบัน มีการพัฒนาขึ้นมาใช้งานประยุกต์กว่า 17 ประเภท 1,000 กว่าระบบ ตัวอย่างประเภทงานที่ได้ใช้ประโยชน์จากหุ่นยนต์มีดังนี้ การขุดดิน วางฐานราก ระบบเครนส่งของ การสร้างเขื่อน งานคอนกรีต อุโมงค์ลอดใต้ภูเขา การเคลือบผิวผนัง งานใต้พื้นผิวสมุทร โครงสร้างเหล็ก งานเก็บรายละเอียด ชิ้นส่วนสำเร็จรูป งานเทพื้นผิว ระบบลมเพื่อการขุดเจาะ งานสำรวจ การตรวจสอบ งานบำรุงรักษา และเทคนิคอื่นๆ เช่น การทำเกราต์ซ่อมรอยแตกร้าวต่างๆ ปัจจัยสำคัญที่ญี่ปุ่นประสบความสำเร็จในการประยุกต์ใช้หุ่นยนต์ก่อสร้างนั้น ผมเห็นว่านอกเหนือจากความสามารถทางเทคโนโลยีแล้ว คนญี่ปุ่นมีระเบียบวินัยเคารพกฎหมายและกติกาสังคม ไม่ว่าจะเป็นงานเล็กงานใหญ่จะได้รับการดูแลเอาใจใส่อย่างดี โอกาสเห็นรถบรรทุกทำเศษดินตกเกลื่อนถนนหาได้ยากมาก หรือจะโดนจับปรับไปก่อนไม่อาจรู้ได้ วัสดุและอุปกรณ์อยู่เป็นที่เป็นทาง โปรแกรมระบบหุ่นยนต์ที่ถูกนำมาใช้งานจึงไม่ซับซ้อนมากนัก คล้ายๆกับหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่อาจกล่าวได้ว่าความชาญฉลาด (Intelligence) อยู่ในระดับต่ำ เพราะมีตัวจับชิ้นงาน (Jig/Fixtures) ช่วยให้หุ่นยนต์รู้ว่าชิ้นงานแต่ละชิ้นอยู่ตรงไหนบ้างโดยไม่จำเป็นต้องมีกล้องคอยส่องดูเลย และเป็นการเขียนโปรแกรมไว้ล่วงหน้าเลยเกือบทั้งนั้นครับ หากนำระบบหุ่นยนต์ก่อสร้างเช่น Big Canopy มาใช้งานในสภาพแวดล้อมงานก่อสร้างของไทยที่ไม่ค่อยเป็นระเบียบเท่าใดนัก เราคงต้องดัดแปลงมากพอสมควร อย่างน้อยก็ต้องมีความเป็น “ปัญญาประดิษฐ์” มากขึ้น หรือต้องมีระบบเซ็นเซอร์ที่ซับซ้อนขึ้นเพื่อมิให้เกิดความผิดพลาด หากมองในแง่ดีผมถือว่าเป็นการต่อยอดด้านความรู้ ทำให้หุ่นยนต์ที่เข้ามาทำงานในประเทศไทยต้อง “ฉลาด” กว่าตอนที่เขาอยู่ที่ประเทศอื่น เห็นข้อดีเช่นนี้เป็นจริงดังคำท่านเจ้าคุณพุทธทาสว่าไว้ “..ในน้ำขุ่นมีน้ำใส ไม่หลอกหนอ ในสงสารมีนิพพานอยู่มากพอ...” ความสะเพร่ามักง่ายในงานก่อสร้างทำให้เกิดการสูญเสียโดยไม่จำเป็น ครั้งหนึ่งผมแทบเอาชีวิตไม่รอด ขับรถชนปูนกั้นกลางถนนที่บริษัทรับเหมาทำระบบกำจัดน้ำเสียวางไว้โดยไม่มีไฟเตือนเลย เกรงว่าจะเกิดเหตุร้ายซ้ำกับผู้อื่นจึงโทรไปบอกเจ้าหน้าที่ที่รับผิดชอบ ก็ไม่ยอมแก้ไขอะไรเลย เมื่อเปรียบเทียบตอนที่ผมยังศึกษาอยู่ที่ มหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น ต้องเดินทางโดยรถไฟทุกวันจากใจกลางเมืองไปตำบลอูจิ ตลอดระยะเวลาสองปีผมไม่เคยรู้เลยว่ามีการสร้างรถไฟใต้ดินอีกสายอยู่ใต้ดิน ไม่มีการรบกวนกระทบกระเทือนถึงกิจกรรมปกติของประชาชนทั่วไปที่สัญจรไปมา จนอาทิตย์สุดท้ายก่อนผมจะลาจากญี่ปุ่นเพื่อไปศึกษาต่อที่สหรัฐอเมริกา มีการเปิดใช้งานสายใหม่โดยระยะเวลาสลับปิดสายเก่าทิ้งแล้วใช้สายใหม่เกิดขึ้นชั่วข้ามคืนเท่านั้น ต้องยอมรับว่าเขา..แน่จริงๆ ครับ ประเด็นการจัดการและการพัฒนาเทคโนโลยีในงานก่อสร้างรวมถึงหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติที่เกี่ยวข้องนั้น มีการหารืออย่างจริงจังจนเกิดอุตสาหกรรมขึ้น เรื่องนี้ต้องยกให้เป็นผลงานของสมาคมวิศวกรโยธาแห่งญี่ปุ่น (JSCE) และ สถาบันสถาปนิกของญี่ปุ่น (AIJ) นอกจากเรื่องทางเทคนิคแล้ว สองหน่วยงานนี้ยังเป็นหัวหอกศึกษาไปข้างหน้าผลบวกและลบของเทคโนโลยีต่ออุตสาหกรรม สังคมและประชากรจะเป็นเช่นไรบ้าง ผมทึ่งที่เห็นสองหน่วยงานนี้ผลิตงานวิชาการในระดับชาติและนานาชาติ และผลลัพภ์ก็ได้สร้างงานการค้าและอุตสาหกรรมมากมาย ขอตบท้ายด้วยการเปิดตัวหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ในงานก่อสร้าง สร้างโดยบริษัทคาวาดา หุ่นยนต์ตัวนี้ชื่อ HRP-3P สูง 160 ซม. หนัก 65 กก. สามารถเดินบนผิวน้ำแข็ง หรือภายใต้ฝนที่ตกลงมาอย่างหนักหน่วงได้ แต่ยังทำงานแบบ Remote Control อยู่ หุ่นยนต์ตัวนี้ทำให้คนงานหลายคนกลัวว่าจะตกงาน แต่ผมเชื่อว่าอีกนานกว่าจะทำงานแทนคนได้ทั้งหมดครับ

หุ่นยนต์กับระบบการผลิตอย่างอัตโนมัติ

เจอข่าวล่าสุดว่าอินเดีย กำลังโหมใช้ระบบการผลิตอย่างอัตโนมัติ ทั้งทางด้าน เครื่องมือวัดคุม ระบบควบคุม และ “หุ่นยนต์” เพื่อให้อุตสาหกรรมอินเดียสามารถแข่งขันได้ในตลาดโลก ก่อนหน้านี้อินเดียก็ไม่ได้แตกต่างจากประเทศกำลังพัฒนาอื่นๆทีมีประชากรเหลือเฟือ เทคโนโลยีอัตโนมัติถูกเมิน และบางครั้งเป็นสิ่งต้องห้ามอีกด้วยเพราะเกรงว่าจะทำให้คนตกงาน

วันนี้ประเทศอินเดีย มีจีดีพีประมาณ 7%ที่เกิดจาก ธุรกิจการค้ากับต่างชาติ ความต้องการภายในประเทศเอง และ การเร่งพัฒนาระบบสาธารณูปโภคพื้นฐาน จึงเห็นได้ชัดว่าอินเดียไม่ชักช้า เร่งปรับปรุงความสามารถอุตสาหกรรมการผลิตจนถึงระดับ “World Class” ให้สอดคล้องกับภาวะเติบโตทางเศรษฐกิจที่กำลังมาแรงมาก

ผมเห็นว่าคนอินเดียมีพื้นฐานการศึกษาดีทั้งด้านคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ อุตสากรรมซอฟท์แวร์ที่ทั่วโลกยอมรับอินเดียก็มาจากปัจจัยนี้ เมื่อไรก็ตามที่อินเดียมี่วิธีการดึง “คนเก่ง’ ของเขาที่ทำงานอยู่ต่างประเทศกลับสู่บ้านเกิด เช่นเดียวกับประเทศไต้หวัน ผมเชื่อว่า อุตสาหกรรมของเขาไปไกลแน่ ไม่เป็นสองรองใครเลยครับ เพราะอุตสาหกรรมสนับสนุนด้านเทคโนโลยีอัตโนมัติ ในอินเดียมีอยู่มากมาย

บ้านเราก็เช่นเดียวกัน ตอนแรกที่ผมก่อตั้งสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม-ฟีโบ้ขึ้นมาเมื่อสิบปีก่อน มีหลายท่านทักท้วงว่าประเทศไทยไม่ต้องการเทคโนโลยีนี้หรอก และเราเป็นประเทศเกษตรกรรมที่มีแรงงานเยอะ หุ่นยนต์ในสมัยนั้นเป็น “ผู้ร้าย” เพราะหลายท่านเชื่อว่าจะทำให้คนตกงาน ผมเองต้องอธิบายหลายครั้ง ฉายหนังซ้ำๆหลายหนว่า หุ่นยนต์และเทคโนโลยีอัตโนมัติจะทำให้คนไทยมีงานทำมากขึ้น เป็นงานที่ท้าทาย และมีมูลค่าเพิ่มสูงขึ้น ซึ่งเป็นผลลัพธ์จากการที่อุตสาหกรรมไทยสามารถแข่งขันได้

วันนี้ผมไม่จำเป็นต้องอธิบายแล้ว เพราะอุตสาหกรรมเข้ามาหาฟีโบ้มากมายเพื่อให้เราออกแบบสร้างหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติให้ จนทำให้ไม่ทัน ผมจึงต้อง ยุยงลูกศิษย์ตนเอง เมื่อจบการศึกษาจากฟีโบ้แล้วให้ไปตั้งบริษัทผลิตหุ่นยนต์ เป็น “ผู้ประกอบสายพันธุ์ใหม่” ที่สร้างรายได้จากความสามารถของตัวเอง มิใช่ไปตั้งบริษัทตัวแทนกันหมด เพื่อจัดจำหน่ายผลิตภัณฑ์อุตสากรรมจากต่างประเทศ การทำเช่นนั้นแม้ตัวเองจะร่ำรวยจากคอมมิสชั่น แต่ประเทศขาดทุน “บักโกรก” เพราะต้องซื้อของเหล่านี้ในราคาแพง

ผมเองมีเพื่อนชาวต่างประเทศอยู่ในบริษัทผู้ผลิตเทคโนโลยีเหล่านี้ทั้งที่ญี่ปุ่นและอเมริกา ผมเคยได้ขอข้อมูลมาทำการวิเคราะห์ต้นทุนคร่าวๆพบว่า ระบบอัตโนมัติที่ขายกันอยู่นี้ ต้นทุนจริงอยู่ที่ 20%-30% ที่เหลือเป็นค่าบูรณาการให้เข้ากับขบวนการผลิตเดิม 40% และค่าเทคโนโลยีประมาณ 30%

ทั้งนี้ ยังไม่รวมความสูญเสียที่เกิดจากการเลือกเทคโนโลยีผิด ไม่ตรงกับความต้องการ มาใช้งาน “ขี่ช้างจับตั๊กแตน หรือ ขี่ตั๊กแตนจับช้าง” ล้วนเป็นค่าใช้จ่ายที่ไม่ควรเสียไปทั้งสิ้น ดังนั้นเพียงแค่เลือกเทคโนโลยีเป็น ใช้และบูรณาการ/ดัดแปลงพลิกแพลงให้ใช้งานในสายการผลิตได้ ก็ทำให้เราสามารถประหยัดเงินตราของประเทศได้มาก

โดยทั่วไประบบอัตโนมัติสมัยใหม่มีเรื่องของการใช้คอมพิวเตอร์เข้ามาควบคุมการทำงานของเครื่องจักรต่าง เพื่อความแม่นยำและรวดเร็ว อีกทั้งทำให้เราสามารถปรับเปลี่ยนการทำงานของเครื่องจักรให้สอดคล้องกับการผลิตได้ ส่วนประกอบของระบบนี้ประกอบด้วย (1) เครื่องจักรควบคุมด้วยด้วยตัวเลข (CNC: Computer Numerically Controlled) และ หุ่นยนต์อุตสาหกรรม (2) ระบบเครือข่ายสายพานที่ทำหน้าที่ลำเลียง ชิ้นส่วนผลิตภัณฑ์และเครื่องมือไปยังหรือออกมาจากแต่ละเครื่องจักร/หุ่นยนต์ (3) ระบบควบคุมโดยรวมเพื่อประสานสายการผลิตให้สอดคล้องกัน ในโรงงานใหญ่ๆ ระบบควบคุมนี้จะต้องรับคำสั่งและรายงานผลไปที่ส่วนกลางการบริหารองค์กร ผ่าน ระบบสารสนเทศ: Enterprise Resource Planning (ERP)

หุ่นยนต์อุตสาหกรรมมีลักษณะต่างจากหุ่นยนต์ที่เราเห็นในภาพยนตร์ หรือ อาซิโม เพราะมีแต่เพียงแขนหรือขา มีองศาอิสระ(Degree of Freedom) ตั้งแต่ 3, 4, 5 และ 6. ในแต่ละแกนมีความละเอียดสูงสุด ในระดับ 3/1000 นิ้ว เล็กกว่าขนาดเส้นผมของมนุษย์ ความเร่งในกรณีของการขับเคลื่อนตรงจากมอเตอร์สูงถึง 1.8 เท่าของแรงโน้มถ่วงโลก ในขณะที่หุ่นยนต์นี้ทำงานท่านผู้อ่านไม่สามารถมองปลายแขน-กำปั้นของหุ่นยนต์ทันเลย

ปัจจุบันนี้ระบบควบคุมหุ่นยนต์อุตสาหกรรมได้รับการพัฒนาให้ซับซ้อนขึ้นเป็นลำดับเพื่อใช้งานได้ง่ายขึ้น แต่บางครั้งก็ทำเรื่องง่ายเป็นเรื่องยากเพื่อผลทางการค้า ต้นกำลังขับเคลื่อนมีทั้ง มอเตอร์ นิวแมติกส์ และไฮโดรลิก ยังไม่มีเซลเชื้อเพลิงอย่างที่เราใช้ในห้องปฏิบัติการ

หุ่นยนต์อุตสาหกรรมหนึ่งตัวมีความสามารถในการผลิตเหนือมนุษย์ไม่เท่าไรนัก บางครั้งแย่กว่าด้วย เป็นความลับประการหนึ่งที่ไม่ค่อยมีใครใส่ใจอยากรู้ แต่เมื่อต่อกับระบบสารสนเทศเพื่อให้หุ่นยนต์สามารถทำงานร่วมกับเครื่องจักรอื่นๆหรือกับหุ่นยนต์หลายตัว สมรรถนะการผลิต จะเพิ่มขึ้นเป็นทวีคูณ

ดังนั้น การศึกษาหาความสัมพันธ์ ระหว่างการเพิ่มผลิตภาพอุตสาหกรรม กับวิวัฒนาการความสามารถของหุ่นยนต์จึงต้องพิจารณาในภาพรวมที่มีการบูรณาการเทคโนโลยีสารสนเทศเข้าไปเพื่อเชื่อมโยงการออกแบบผลิตภัณฑ์และการผลิตเข้าด้วยกัน ผมเองยังติดการบ้านที่ ทางสถาบันวิจัยนโยบายเศรษฐกิจ กระทรวงการคลัง ต้องการทราบว่า ความสามารถที่เพิ่มขึ้นของหุ่นยนต์ ทำให้ความสามารถในการผลิตเท่าไหร่ ? และอย่างไร?

แน่นอนที่สุดเราต้องพิจารณาเรื่องนี้ต้องดูที่ผลผลิต ผมขอยกตัวอย่างให้เห็นภาพชัดขึ้น บริษัทผลิตหุ่นยนต์ยักษใหญ่ “นาชิ” ของญี่ปุ่น ได้ร่วมมือ กับ โตโยต้า มอเตอร์ ออกแบบและสร้างระบบหุ่นยนต์ ที่ใช้ในการปั้มตัวถังรถยนต์ หุ่นยนต์เดิมที่ใช้กันอยู่ในสายการผลิตเป็นแบบสวิง-สกาล่า เมื่อหยิบชิ้นงานที่ต้องปั้มออกจากแท่นเครื่องไฮโดรเพรสขนาดใหญ่ จะต้องเหวี่ยงแขนในลักษณะเส้นโค้ง ทำให้เสียเวลาโดยใช่เหตุ

ระบบที่บริษัทนาชิสร้างขึ้น เป็นกลไกพิเศษเคลื่อนย้ายชิ้นงานเป็นเส้นตรง และมีความรวดเร็ว แม่นยำมาก ทำให้ลดเวลาไปกว่าครึ่งจากเดิม ท่านผู้อ่านคิดคร่าวๆว่า ระยะคืนทุนของแท่นเครื่องไฮโดรลิกก็จะเร็วขึ้นหนึ่งเท่าตัวซึ่งมีความหมายมากเลยครับ เพราะในสายการปั้มตัวถังหนึ่งๆจะมีแท่นเครื่องดังกล่าวอยู่ 4-5 แท่นๆละ 100 กว่าล้านบาท ถ้ามี 10 สายการผลิต ก็จะประหยัดมหาศาล ต้นทุนการผลิตลดลงมาก บริษัทรถยนต์รายอื่นคงต้องทำงานหนักขึ้นมากเพื่อที่จะแข่งขันกับโตโยต้าได้ บริษัทผลิตชิ้นส่วนของไทยก็ต้องเทคโนโลยีนี้เหมือนกัน

หุ่นยนต์ปลานักสำรวจ

วารสารนิวไซเอนติสท์ฉบับล่าสุดรายงานผลงานวิจัยการบูรณาการ “เทคโนโลยีหุ่นยนต์” เข้าไปในปลาฉลาม ที่กองทัพสหรัฐฯ “เพนตากอน” ให้การสนับสนุนด้านงบประมาณ จุดประสงค์ในแง่กิจการทหารคือมุ่งใช้ประโยชน์ความสามารถของฉลามในการสำรวจ ติดตามกลิ่น ร่องรอยสารเคมี จนถึงแม้แต่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ยากต่อการค้นหาพบได้บนพื้นผิวมหาสมุทร ทั้งนี้ เนื่องจากธรรมชาติของปลาฉลามนั้นมีระบบรับข้อมูลที่ไวมาก ในขณะที่การเคลื่อนไหวก็เงียบเชียบมากจนอุลตราโซนิกของฝ่ายตรงข้ามหาไม่เจอ นักวิจัยได้ฝังอิเล็กโทรดในสมองของฉลามพันธุ์สไปนีด็อกฟิชเพื่อกระตุ้นการดมกลิ่นและบังคับเส้นทางการเคลื่อนที่ตามที่มนุษย์ต้องการ ผลพลอยได้จากงานวิจัยนี้ทำให้เรามีความเข้าใจลึกซึ้งขึ้นเกี่ยวกับระบบสัญญาณสมอง ส่งเสริมให้งานวิจัยด้าน “ไบโอแมคคานิคส์” มีผลเชิงปฏิบัติช่วยเพื่อนมนุษย์ผู้พิการได้ ตามที่ผมได้กล่าวไว้ในบทความก่อนหน้านี้
อย่างไรก็ตาม การทำวิจัยที่ต้องไปรังแกและทำร้ายชีวิตที่เป็นปรกติสุขตามธรรมชาติอยู่แล้วนั้นในความคิดผมเห็นว่า ผิดต่ออริยมรรคที่มีองค์แปด ในเรื่องของ “สัมมาอาชีโว” อย่างยิ่ง ดังนั้นทางสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม-ฟีโบ้ จึงเลือกอีกแนวทางที่ “ ไม่เบียดเบียนผู้อื่น” หันมาออกแบบและสร้าง “หุ่นยนต์ปลา” ผ่านการวิเคราะห์และหาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการเคลื่อนที่ของปลาทูน่า(Thunniform) ผู้วิจัยคือคุณวิฑูร จูวราหะวงศ์ และ ดร. สโรช ไทรเมฆ เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา

ความรู้ปัจจุบันของมนุษยชาตินั้นยังไม่สามารถที่อธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในขณะที่ปลาต่างๆ รวมถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมตระกูลปลาวาฬและโลมาเคลื่อนที่ ความเร็วและความคล่องแคล่วเปลี่ยนทิศทางการว่ายของปลาเหล่านี้ยังคงเป็นปริศนาทางวิทยาศาสตร์จนถึงทุกวันนี้ อย่างไรก็ตามการศึกษาและทดลองในขั้นต้นของ ดร. เจมส์ เกรย์ พบว่าโลมาใช้กำลังงานในการเคลื่อนที่น้อยกว่าเราคำนวณในทางทฤษฎีค่อนข้างมาก เป็นเรื่องที่ท้าทายนักวิจัยอย่างยิ่ง ที่ต้องหาคำตอบว่าอะไรเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้สัตว์จำพวกนี้ใช้กำลังงานในการเคลื่อนที่ต่ำ

เราพบการวิจัยพื้นฐานด้านการเคลื่อนที่ของสัตว์โดยตรงนั้นทำได้ยากมากในทางปฏิบัติสำหรับสถาบันที่มีทุนวิจัยน้อย ทางสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม-ฟีโบ้ จึงเดินหน้าสร้าง “ปลาเทียม”ที่ลอกเลียนต้นแบบมาจากปลาทูน่าชนิดครีบเหลืองหรือครีบน้ำเงิน เนื่องจากปลาชนิดดังกล่าวสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงได้เป็นเวลานานและเชื่อกันว่าการเคลื่อนที่ของปลาชนิดดังกล่าวมีประสิทธิภาพสูงสุดในกลุ่มปลาด้วยกัน นอกจากนั้นปลาทูน่ายังมีรูปร่างที่ค่อนข้างสมมาตรกันทั้งด้านบนล่าง และด้านซ้ายขวา ทำให้เราหาสมการคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องได้โดยไม่ยุ่งยากมากนัก นอกจากนี้การสร้างต้นแบบก็ง่าย และใช้งานในการทดลองได้ดี

ทีมนักวิจัยมุ่งมั่นหาความสัมพันธ์ของการเคลื่อนที่แบบปลากับความต้องการพลังงานที่ใช้ในการขับเคลื่อน รวมถึงกลศาสตร์การไหลของกระแสน้ำที่ไหลผ่านตัวปลาขณะที่มีการเคลื่อนที่ ผลการศึกษาดังกล่าวทำให้เกิดการพัฒนาออกแบบระบบขับเคลื่อนแบบใหม่ของยานยนต์ทางน้ำหรือแม้แต่ยานยนต์ให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น นอกจากนั้นหุ่นยนต์ปลายังสามารถที่จะนำไปใช้เป็นเครื่องมือในการทดลองตรวจสอบความถูกต้องของทฤษฎีสำคัญต่างๆ เช่น ด้านการควบคุมชั้นสูง และการหาค่าความเหมาะสมในระบบที่มีความซับซ้อน เป็นต้น และหากมีงบประมาณสนับสนุนอย่างจริงๆจังๆ นักวิจัยไทยย่อมสามารถประกาศศักดาพัฒนา “หุ่นยนต์ปลานักสำรวจ” สำหรับทำงานจริงในภาคสนามได้ ส่วนจะไปสำรวจ “บั้งไฟพญานาค” ตามเสียงเรียกร้องหรือไม่นั้น คงต้องพิจารณาอีกที บางเรื่องทำแล้วไม่เกิดประโยชน์ก็ไม่ควรทำ

ในส่วนของวิจัยที่ฟีโบ้นั้นสามารถแบ่งออกเป็น 4 ขั้นตอนด้วยกันคือ

1. ศึกษาทฤษฎีพื้นฐานแล้วทำการออกแบบและจัดสร้าง

2. การติดตั้งเครื่องมือวัดและการทดลองการเคลื่อนที่ในสภาวะแวดล้อมแบบต่างๆ

3. หาสมการที่เกี่ยวข้องของระบบและศึกษากลไกการทำงานทางพลศาสตร์ของไหล

4. การประยุกต์ใช้งานในรูปแบบต่างๆ งานวิจัยที่ทำสำเร็จแล้วคือขั้นตอนที่ 1 ภายใต้หัวข้องานวิจัยว่า "การวิเคราะห์และหาแบบจำลองทางคณิต ศาสตร์ของการเคลื่อนที่แบบ Thunniform " ส่งผลให้เราเข้าใจทางด้านสรีรวิทยาและการทำงานของกล้ามเนื้อของปลา ที่มีลักษณะการเคลื่อนที่โดยอาศัยลำตัวและหางในการเคลื่อนที่ เราพบว่าการเคลื่อนที่ของปลาทูน่า ซึ่งจัดเป็นปลาในตระกูลของ

Scombrids ที่มีลักษณะการว่ายแบบ Thunniform เป็นลักษณะที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในกลุ่มปลาที่เคลื่อนที่แบบ BCF ด้วยกัน จากลักษณะเด่นดังกล่าวนำไปสู่การเก็บข้อมูลและวิเคราะห์ถึงลักษณะกลไกการไหลของกระแสน้ำผ่านตัวปลา ที่พลาดไม่ได้คือความเข้าใจลักษณะจำเพาะและความสัมพันธ์ของโครงสร้างอวัยวะต่างๆ เช่น ครีบ และหาง เป็นต้น เพื่อใช้ในการวิเคราะห์ออกแบบกลไกการทำงานของหุ่นยนต์

สำหรับน้องๆนักศึกษาที่สนใจวิศวกรรมเครื่องกล คงต้องตื่นเต้นเมื่อเห็นผลกระทบของพารามิเตอร์ทางด้านกลศาสตร์ของไหลที่มีต่อแรงกระทำและผลของการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม อันเนื่องมาจากการไหลวนของกระแสน้ำรอบตัวปลาที่มีการว่ายแบบลูกคลื่น จะเห็นปรากฏการณ์นี้ได้ต้องอาศัยสมการของ Navier-Stokes และ การวิเคราะห์ทาง Potentail Flow จนถึงการนำความเข้าใจเรื่องเสถียรภาพของระบบและแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อใช้ในการควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์ปลาตัวนี้

ผมขออนุญาตไม่อธิบายรายละเอียดไปมากกว่านี้เพราะจะทำให้บทความออกรสชาติทางเทคนิคมากเกินไป แต่อยากเน้นกับผู้อ่านที่เป็นนักศึกษาได้เห็นชัดว่างานวิจัยทางด้านเทคโนโลยีนั้นจำเป็นต้องมีหลักการทางวิทยาศาสตร์และตรรกะคณิตศาสตร์ อย่าเพ้อเจ้อจนเกินไปจะจบไม่ลง รายละเอียดเพิ่มเติมขอให้ดูจากhttp://www.fibo.kmutt.ac.th นะครับ

หนึ่งในผู้นำการพัฒนาหุ่นยนต์ปลาคือ บริษัทมิตซูบิชิเฮฟวี่อินดัสตรี ลงทุนไปประมาณ หนึ่งล้านเหรียญสหรัฐ โดยมีความหวังในขั้นต้นเพียงแสดงโชว์ในสวนสัตว์น้ำเสมือน ต้องนับว่าเป็นของเทียมที่แพงมาก หุ่นยนต์ปลาที่มิตซูบิชิสร้างขึ้นนี้เลียนปลาที่เกือบสูญพันธ์ไปแล้วชื่อว่า Coelacanth ผมก็ไม่รู้จักปลาชนิดนี้เหมือนกันแต่เดาว่าคงเป็นปลาทะเลขนาดใหญ่

หุ่นยนต์ตัวนี้มีขนาดลำตัว 120 เซนติเมตร หนัก 40 กิโลกรัม สามารถว่ายไปด้วยความเร็ว 0.9 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ผู้บริหารของบริษัทเชื่อว่าเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นมานี้มีผลกระทบโดยตรงต่อวิทยาการด้านการออกแบบพาหนะทางทะเลในอนาคต

ก่อนหน้านี้ได้มีการวิจัย หุ่นยนต์ปลาทูน่าที่ สถาบันเทคโนโลยีแห่งมลรัฐแมสซาซูเซตส์หรือ เอ็มไอที เพื่อหาความลับของปลาชนิดนี้ในการเคลื่อนที่ที่มีประสิทธิภาพด้านการใช้พลังงาน ปลาชนิดนี้มีวิวัฒนาการถึง 160 ล้านปีทีเดียว

ช่วงระยะเวลาไม่เกิน 500 ปี ที่โลกเรานี้หันมาพึ่งวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอย่างจริงจังในการช่วยไขปริศนา ค้นหาความจริงของธรรมชาติที่หาคำตอบไม่ได้มาเป็นล้านๆปี แม้ผมไม่เชื่อว่าสามารถหาคำตอบของทุกปัญหาของชีวิตได้แต่ก็อยากชักชวนน้องๆเยาวชนไทยให้ความสนใจศึกษาวิทยาการด้านนี้มากๆ ถึงแม้สังคมไทยในปัจจุบันให้คุณค่าน้อยต่อนักวิทยาศาสตร์และนักเทคโนโลยีก็ตาม

อย่าให้กระแสการเมืองโน้มน้าวความใฝ่ฝันพวกเราไปเป็นนายกรัฐมนตรีหรือผู้บริหารระดับสูงกันหมด เหลือเก็บไว้ยิ่งใหญ่ในฐานะ “นักวิทยาศาสตร์ไทยรางวัลโนเบลไพรซ์” สักหน่อยนะครับ

หุ่นยนต์ผ่าตัดมะเร็งลำไส้

มะเร็งจัดเป็นความเจ็บป่วยอันดับหนึ่งที่คร่าชีวิตคนไทย อาหารที่ไม่สะอาดที่มีเชื้อรา ไวรัส และสารเคมี ปนเปื้อนเป็นต้นเหตุสำคัญทำให้เกิดมะเร็งตับและอื่นๆในระบบทางเดินอาหาร นอกเหนือจากนั้นการรับประทานอาหารที่มีไขมันสูงและมีกากอาหารน้อย เพิ่มโอกาสเป็นมะเร็งในลำไส้ใหญ่ ซึ่งโดยเฉลี่ยจะถูกตรวจพบหลังจากคนไข้มีสภาวะเข้าสู่ขั้นอันตรายแล้ว

สถิติคนอเมริกันมีอัตราเสี่ยงต่อการเป็นโรคนี้ถึง 6% ผมเดาว่าสำหรับพวกเราคนไทยสถิติคงใกล้เคียงกันแม้ว่าอาหารไทยมีกากมากกว่าแต่ก็มีอย่างอื่นที่ไม่พึงปรารถนาเป็น “ของแถม” มาให้ด้วย เพื่อนผมคนหนึ่งซื้อปูทะเลที่ชายหาดแล้วลืมทิ้งไว้หลังรถถึงสามวัน ปูยังไม่เน่าเลย คงจะอุดมไปด้วยสารฟอร์มาลีนที่ใช้ดองศพนั่นเอง ดังนั้นเพื่อรับรู้สุขภาพลำไส้ใหญ่ของเราจึงมีการแนะนำให้ไปหาหมอตรวจทุกปีเมื่ออายุครบ 35 ปี

การแก้ไขที่ต้นเหตุนั้นต้องกวดขันและให้ความรู้เรื่องนี้ต่อผู้ประกอบการอาหารให้มีความรับผิดชอบอย่างต่อเนื่อง อีกทั้งบทลงโทษเป็นเรื่องสำคัญ ผมสังเกตว่าเมื่อเจ้าหน้าที่รัฐเข้มงวดเรื่องนี้เมื่อใด ประชาชนก็อุ่นใจแซ่ซ้องสรรเสริญ จึงหวังว่าความเข้มงวดยังคงอยู่ไม่แผ่วหย่อนยานไป นักอุตสาหกรรมไทยที่ไปลงทุนที่ประเทศจีนบอกผมว่า รัฐบาลบ้านเมืองเขาเอาจริงเอาจังเรื่องนี้มาก เห็นอยู่บ่อยครั้งที่ทางการ สั่ง “ปิดตาย” อย่างถาวร ภัตตาคาร ร้านอาหาร ที่มีเชื้อโรคและสารเคมีปนเปื้อน นักเทคโนโลยีหุ่นยนต์อย่างผมไม่รู้เรื่องอาหารและเชื้อโรคอย่างลึกซึ้งพอที่สามารถไปแก้ที่ต้นเหตุ จึงขอประยุกต์ใช้เทคโนโลยีช่วยตรวจสอบระยะเริ่มต้นของมะเร็งลำไส้ใหญ่ พร้อมใช้หุ่นยนต์ไปผ่าตัดเนื้อร้ายออกมาจนผู้ป่วยปลอดภัย

นักเทคโนโลยีหุ่นยนต์อย่างผมไม่รู้เรื่องอาหารและเชื้อโรคอย่างลึกซึ้งพอที่สามารถไปแก้ที่ต้นเหตุ จึงขอประยุกต์ใช้เทคโนโลยีช่วยตรวจสอบระยะเริ่มต้นของมะเร็งลำไส้ใหญ่ พร้อมใช้หุ่นยนต์ไปผ่าตัดเนื้อร้ายออกมาจนผู้ป่วยปลอดภัย

อันที่จริงโอกาสเข้าช่วยเหลือชีวิตมนุษย์สร้างบุญกุศลครั้งนี้ของผม เกิดขึ้นเนื่องจากทุนการศึกษาฟุลไบรท์ที่ผมได้รับไม่พอกับค่าใช้จ่ายที่มหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน เพราะค่าลงทะเบียนของมหาวิทยาลัยนี้แพงที่สุดในสหรัฐอเมริกา ผมจึงต้องหารายได้เพิ่มเติมจาก “ทุนผู้ช่วยวิจัย” มหาวิทยาลัยชั้นนำของอเมริกาจะมีทุนประเภทนี้ค่อนข้างเยอะ ไม่ทราบว่าด้วยเหตุผลใดโครงงานวิจัยสร้างหุ่นยนต์ผ่าตัดมะเร็งลำไส้ใหญ่นี้ ไม่มีนักศึกษาคนใดต้องการทำเลย อาจเป็นเพราะว่าอุปกรณ์หุ่นยนต์นี้ต้องผ่านช่องทาง “อวัยวะ” ที่เป็นคำสบถ ที่เขาใช้ด่ากันก็เป็นได้

ผมเดินทางไปเก็บข้อมูลหน้างาน ที่โรงพยาบาลเชดดี้ไซด์ เมืองพิตส์เบิกรก์ อยู่เกือบสองเดือน เรื่องเก็บข้อมูลหน้างานนี้ถือเป็นขั้นตอนที่จำเป็นอย่างยิ่ง ผมจะย้ำแก่ลูกศิษย์ผมเสมอว่า วิศวกรและนักเทคโนโลยีที่ดี อย่ามัวเพ้อเจ้อใช้เวลาใหญ่อยู่กับคอมพิวเตอร์ แล้วใช้ ”จิตปรุงแต่ง”จนหลุดขาดจากสภาวะความเป็นจริงไป

สิ่งที่ผมได้เห็นนั้น น่าเวทนายิ่งนัก เพราะเพียงแค่ใช้อุปกรณ์มาตรฐาน:เอ็นโดสโครป ในการตรวจสอบเบื้องต้นเพื่อค้นหา เนื้องอกระยะเริ่มต้นที่ลักษณะคล้ายหูด คนไข้ก็ทรมานมากแล้ว ลำไส้นั้นเป็นสิ่งมีชีวิต มีอาการตอบสนองแบบลูกคลื่น พยายามผลักดันอุปกรณ์แปลกปลอมนี้ออกไป อาการตอบสนองลักษณะคล้ายๆ กันนี้ ช่วยให้อาหารที่เรากลืนเข้าไปเคลื่อนสู่กระเพาะได้แม้ว่าเราตีลังกากลับหัวก็ตาม แต่ผมแนะนำว่าน้องๆอย่าไปทดลองนะครับเดี๋ยวพลาดแล้วอาหารติดช่องลมจะอันตราย นอกจากการตอบสนองดังกล่าวแล้ว บางครั้งลำไส้ก็จะรัดอุปกรณ์นั้นไว้แน่นไม่ให้คุณหมอขยับเขยื้อนเอ็นโดสโครปได้เลย ผมเห็นคนไข้บางคนมีอุปกรณ์นี้ติดคาไว้ที่ช่องทวารหนัก ต้องนอนรอถึง 2 ชั่วโมง จนลำไส้เลิกพยศ คุณหมอจึงดึงอุปกรณ์ออกมาได้ ผลข้างเคียงจากธรรมชาติของลำไส้นี้ ยังทำให้เกิดการระคายเคืองของผนังลำไส้จนอาจอักเสบมีเลือดไหลภายในได้

จากข้อมูลข้างต้นนี้ ผมจึงมีแนวความคิดที่แตกต่างจากนักวิจัยท่านอื่นๆ ที่เชื่อว่าหุ่นยนต์งูประกอบด้วยข้อปล้องมากๆสามารถเลื้อยเข้าไปในลำไส้ใหญ่เพื่อตรวจหาและผ่าเอาเนื้องอกออกมาได้ หุ่นยนต์งูลักษณะนี้มีความแข็งและความยืดหยุ่นใกล้เคียงกับท่อยางของเอ็นโดสโครป อาการ “รัดรึงและผลักดัน” สลับกันไป ก็ยังคงมีอยู่ เมื่อผนวกกับการควบคุมแบบแอคตีฟ จะทำให้หุ่นยนต์งูขาดเสถียรภาพในการเคลื่อนไหว เหวี่ยงตัวไปมาทำอันตรายต่อผนังลำไส้หนักขึ้นไปอีก

แทนที่จะเป็นหุ่นยนต์งู เหมือนกับนักวิจัยอาวุโสชั้นนำของโลกหลายท่าน ผมได้ออกแบบ “หุ่นยนต์ไส้เดือน” ลดความซับซ้อนด้านการควบคุมจาก 18 ปล้อง มาเป็นเพียงแค่ สององศาอิสระ กล่าวคือได้ออกแบบโครงสร้างภายในเป็นกล้ามเนื้อหลัก สามารถทำให้แข็งและอ่อนได้ด้วยการดึงลวดเพียงเส้นเดียว เมื่ออยู่ในสภาวะแข็งปลอกยางภายนอกจะเคลื่อนที่สไลด์บนกล้ามเนื้อตามทิศทางที่มองผ่านกล้องไฟเบอร์ออฟติก ที่ปลาย Distal End. จนเคลื่อนที่ไปได้ระยะสั้นๆ 1-2 ซ.ม.จึงหยุด

จากนั้นระบบจะลดแรงตึงของลวดทำให้กล้ามเนื้อหลักอ่อนตัวลง ปลอกยางก็จะวางตัวแนบชิดกลับผนังลำไส้เป็นการก๊อปปี้รูปร่างของลำไส้อย่างอัตโนมัติ ต่อมากล้ามเนื้อหลักจะเคลื่อนตัวเอง 1-2 ซ.ม. เพื่อเทียบระยะตำแหน่งของปลอกยาง เป็นอันจบหนึ่งรอบของการทำงานแล้วจึงเริ่มใหม่ซ้ำๆ กันไป การเคลื่อนที่จึงมีลักษณะแบบไส้เดือนที่เราพบเห็นกันอยู่

ในกรณีที่ลำไส้ โดยเฉพาะ ส่วนของ Traverse Colon พยศอาละวาด ระบบจะปลดแรงตึงทันที ทุกส่วนของหุ่นยนต์ก็เคลื่อนไหว “เต้น” ไปตามลำไส้ จนลำไส้เขาเหนื่อย หุ่นยนต์จึงเริ่มทำงานต่อไป หลักการ “นิ่งสงบการเคลื่อนไหว” นี้ ผมยืมมาจากเคล็ดวิชา “ไทเก็ก” นั่นเอง เมื่อเจอตำแหน่งเนื้องอก คุณหมอก็จะสอดกรรไกรหรือมีดผ่าตัดขนาดจิ๋วผ่านเข้าไปปฏิบัติการเช่นเดียวกันกับอุปกรณ์เอ็นโดสโครปมาตรฐานทั่วๆไป

ผมเขียนบทความเทคนิคอย่างละเอียด ลงใน Computer Integrated Surgery, Technology and Clinical Application, จัดพิมพ์โดย MIT Press. และเนื่องจากเป็นความคิดแปลกใหม่ งานประดิษฐ์ชิ้นนี้จึงได้รับ US Patent ด้วย