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) ผู้วิจัยคือ
คุณวิฑูร จูวราหะวงศ์ และ
ดร. สโรช ไทรเมฆ เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา
ความรู้ปัจจุบันของมนุษยชาตินั้นยังไม่สามารถที่อธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในขณะที่ปลาต่างๆ รวมถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมตระกูลปลาวาฬและโลมาเคลื่อนที่ ความเร็วและความคล่องแคล่วเปลี่ยนทิศทางการว่ายของปลาเหล่านี้ยังคงเป็นปริศนาทางวิทยาศาสตร์จนถึงทุกวันนี้ อย่างไรก็ตามการศึกษาและทดลองในขั้นต้นของ ดร. เจมส์ เกรย์ พบว่าโลมาใช้กำลังงานในการเคลื่อนที่น้อยกว่าเราคำนวณในทางทฤษฎีค่อนข้างมาก เป็นเรื่องที่ท้าทายนักวิจัยอย่างยิ่ง ที่ต้องหาคำตอบว่าอะไรเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้สัตว์จำพวกนี้ใช้กำลังงานในการเคลื่อนที่ต่ำ
เราพบการวิจัยพื้นฐานด้านการเคลื่อนที่ของสัตว์โดยตรงนั้นทำได้ยากมากในทางปฏิบัติสำหรับสถาบันที่มีทุนวิจัยน้อย ทางสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม-ฟีโบ้ จึงเดินหน้าสร้าง ปลาเทียมที่ลอกเลียนต้นแบบมาจากปลาทูน่าชนิดครีบเหลืองหรือครีบน้ำเงิน 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
"การวิเคราะห์และหาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของการเคลื่อนที่แบบ 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 รายละเอียดเพิ่มเติมขอให้ดูจาก
http://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
ข้อคิดเห็น/เสนอแนะ มาที่ผู้เขียนได้ที่ djitt@fibo.kmutt.ac.th
 |
รู้จักผู้เขียน
รศ.ดร. ชิต เหล่าวัฒนา จบปริญญาตรีวิศวกรรมศาสตร์ (เกียรตินิยม) จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ไดัรับทุนมอนบูโช รัฐบาลญี่ปุ่นไปศึกษาและทำวิจัยด้านหุ่นยนต์ที่มหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น เข้าศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน สหรัฐอเมริกา ด้วยทุนฟุลไบรท์ และจากบริษัท AT&T ได้รับประกาศนียบัตรด้านการจัดการเทคโนโลยีจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งมลรัฐแมสซาชูเซสต์ (เอ็มไอที) สหรัฐอเมริกา
ภายหลังจบการศึกษา ดร. ชิต ได้กลับมาเป็นอาจารย์สอนที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี และเป็นผู้ก่อตั้งสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม หรือที่คนทั่วไปรู้จักในนาม ฟีโบ้ (FIBO) เป็นหน่วยงานหนึ่งในมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี เพื่อทำงานวิจัยพื้นฐาน และประยุกต์ด้านเทคโนโลยีหุ่นยนต์ ตลอดจนให้คำปรึกษาหน่วยงานรัฐบาล เอกชน และบริษัทข้ามชาติ (Multi-national companies) ในประเทศไทยด้านการลงทุนทางเทคโนโลยี การใช้งานเทคโนโลยีอัตโนมัติชั้นสูง และการจัดการเทคโนโลยีสารสนเทศอย่างมีประสิทธิภาพ |
บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที
